Termoregolazione Semplice Con Plc

[step-80]

Buonasera e buon anno a tutti,volevo un vostro parere su un idea che mi sta frullando da qualche tempo in testa.

Ho una piccola macchina che effettua il riempimento e la sigillatura di tubetti in polipropilene con capacità da 1 a 10 ml.

La saldatura viene effettuata a pinze calde in due stazioni rispettivamente di preriscaldo e saldatura;le suddette pinze vengono riscaldate da 4 resistenze a cartuccia del diametro di 8 mm e lunghezza 100 mm e della potenza di 400W l una.

Attualmente per il controllo della temperatura sono montati 4 termoregolatori da pannello(48x48 classici) marca EMKO ai quali arrivano i segnali delle quattro termocoppie e generano un segnale (PWM?) col quale pilotano un relè statico a sua volta collegato alla resistenza relativa.

Le resistenze lavorano ad una temperatura che può variare dai 170 ai 200 gradi circa.

Ora io ho letto i manuali dei termoregolatori(totalmente in inglese)e mi sembra d aver capito che usano un controllo PID generando un segnale PWM di periodo impostabile e duty cicle variabile.

Osservando la temperatura rilevata dalle sonde e confrontandola con il set point essa è molto stabile;oscilla di circa 1 grado in piu o in meno molto lentamente e il segnale che attesta l avvenuta commutazione dell uscita appare per circa mezzo secondo circa ogni due secondi (credo sia PWM perchè la durata del segnale è variabile).

Osservando un altra macchina dallo stesso funzionamento montante peró termoregolatori OMRON noto che hanno un comportamento diverso:l uscita che pilota l'SSR si attiva quando la temperatura scende 1 grado sotto il set point e si disattiva quando la stessa raggiunge il set point...in questo modo la temperatura è molto piu fluttuante(ovviamente l innalzamento di temp non è immediato una volta attivata l uscita cosi come non lo è l abbassamento una volta disattivata)ma la macchina svolge ugualmente il proprio lavoro egregiamente,questo credo dovuto ad inerzia termica(le cartuccie sono montate dentro barre di bronzo 15x20 mm che quindi fungono da "polmone"termico livellando varie ondulazioni).

Ora alla luce di nuove modifiche vorrei cambiare controllore alla macchina che attualmente viene gestita da uno zelio e montare un s7-1200 con pannello operatore ktp 400 o 600...l idea che mi era venuta è quella di eliminare i termoregolatori e gestire la temperatura da plc

Secondo voi è fattibile o mi colplico la vita?

Ignorantemente ho pensato che potrebbe bastare un modulo con 4 input analogici ai quali collegare le 4 pt100 ,a questo punto posso implementare 4 regolatori PID con uscita PWM ?in teoria dovrebbero fare il lavoro dei termoregolatori giusto?

Peró in questo caso avrei bisogno di 4 uscite pwm (o sbaglio?)

Secondo voi potrei risolvere con le quattro analogiche piu un semplice controllo es mediante confronto ad interrupt tipo i termoregolatori OMRON che citavo prima?

Dite che mi impantano da solo?

Mi allettava l idea di costruire un quadro comandi dove sia presente solo l hmi ed il fungo in modo da compattare il tutto.

Grazie in anticipo per le risposte

Buona serata

Matteo

[Giuseppe Signorella]

Si, con S7 1200 riesci a fare quello che chiedi, senza grossi problemi.

Se hai 4 coltelli saldanti, ognuno deve avere ll proprio sensore di temperatura, sul proprio ingresso con il proprio PID e la propria uscita in PWM.

A sentir dire Siemens, il PID presente nell' S7 1200 è uno dei più evoluti. (Confermo personalmente che funziona bene), ma non so se sia vero che sia uno dei più evoluti.

[step-80]

Si, con S7 1200 riesci a fare quello che chiedi, senza grossi problemi.

Se hai 4 coltelli saldanti, ognuno deve avere ll proprio sensore di temperatura, sul proprio ingresso con il proprio PID e la propria uscita in PWM.

A sentir dire Siemens, il PID presente nell' S7 1200 è uno dei più evoluti. (Confermo personalmente che funziona bene), ma non so se sia vero che sia uno dei più evoluti.

Ciao giuseppe,grazie per la rapida risposta.

Quindi confermi che si puó fare?hai già usato i pid siemens per effettuare termoregolazioni?

L unica cosa che mi preoccupa sono le quattro uscite pwm... Io avevo intenzione di usare una cpu con uscite a relè e montare una SB per comandare un passo passo. Dato che lo stepper mi occupa due uscite ne avanzerei due...che non bastano. A quanto ne so anche aquistando la cpu con uscite digitali non disporrei di piu di due uscite pwm, sbaglio?A questo punto l unica soluzione sarebbe:comprare una cpu con uscite a transistor (2) con le quali pulotare lo stepper e tenere la signal board per i 4 segnali pwm. Potrebbe essere?

Dici che implementare un semplice controllo ON/ OFF al relè statico mediante un programmino che confronti il set point con il valore rilevato e attivi l uscita di conseguenza sia una cattiva idea?

Infine,dato che la tua pazienza è pressochè infinità,hai voglia di spiegarmi in soldoni cosa comporta il fattore integrale e quello derivativo nel caso specifico della regolazione della temperatura?

Ti faranno santo vedrai...

Modificato: 4 gennaio 2013 da Giuseppe Signorella

[gpp1969]

Ciao , ho fatto un applicazione simile con 8 termocoppie e 8 rele statici , ho usato il pid siemens e funziona molto bene...... logicamente ho usato le uscite statiche , sono oramai due anni che funziona 24 ore al giorno per 6 giorni a settimana....

[step-80]

Ciao , ho fatto un applicazione simile con 8 termocoppie e 8 rele statici , ho usato il pid siemens e funziona molto bene...... logicamente ho usato le uscite statiche , sono oramai due anni che funziona 24 ore al giorno per 6 giorni a settimana....

Ciao,hai collegato direttamente le uscite statiche del plc ai relè statici?

È difficile implementare il pid ?

Se ho una cpu con uscite a relè posso montare una espansione con uscite statiche oltre ad un altra espansione con uscite a relè?

Modificato: 4 gennaio 2013 da step-80

[Giuseppe Signorella]

Per comprendere meglio il funzionamento dei PID ti consiglio la lettura di un piccolo tutorials (appunto sui PID) presente nella sezione didattica a cura di Livio Orsini. Lascio a lui spiegarti meglio se non hai compreso qualche cosa in merito perchè è un esperto in materia.

Ho usato il PID dell S7 1200 per diverse cosucce, regolazione di velocità, per il controllo di una macchina per saldare buste e per la regolazione di sistemi di illuminamento, non ho mai avuto grossi problemi.

Puoi implemetare il tuo HW a relè con un modulo ad uscite statiche. Ma se vuoi controllare lo stepper, devi comunque avere delle uscite statiche.

Non ti consiglio di utilizzare un semplice controllo ON/OFF perchè non avrebbe senso. Credo che l'inerzia termica ti darebbe filo da torcere.

Ciao

Modificato: 5 gennaio 2013 da Giuseppe Signorella

[step-80]

Altra domanda:immagino che una pt100 fornisca in uscita una resistenza variabile.

Esiste un modulo per il 1200 al quale connettere direttamente la sonda o devo interporre un convertitore che mi fornisca un segnale 0-10 v in uscita col quale entrare nel modulo?

[Giuseppe Signorella]

Si, esistono dei convertitori per PT100 con uscita 4-20ma, 0-20ma e 0-10V. Hai solo l'imbarazzo della scelta (economica compresa).

Ricordo che esistono anche dei moduli specifici per la serie S7 1200, ma non li ho mai usati, in genere vado su prodotti di altre aziende.

[Livio Orsini]

un convertitore che mi fornisca un segnale 0-10 v in uscita col quale entrare nel modulo?

Solitamente io uso questi.

Però devi comunque entrare in un ingresso analogico del PLC. A questo punto valuta bene se, economicamente, è meglio usare una scheda che interfaccia direttamente le RTD, oppure una scheda anlogica generica più un convertitore separato.

[batta]

ai quali arrivano i segnali delle quattro termocoppie

ho pensato che potrebbe bastare un modulo con 4 input analogici ai quali collegare le 4 pt100

Queste due citazioni le ho prese dal tuo primo post.

Le sonde sono PT100 o termocoppie?

Peró in questo caso avrei bisogno di 4 uscite pwm (o sbaglio?)

Avresti bisogno di uscite PWM solo se dovessi lavorare su frequenze elevate. Nel tuo caso, visto che il ciclo è dell'ordine dei secondi, puoi tranquillamente usare normalissime uscite statiche, con le quali pilotare i relé statici di potenza.

Da evitare assolutamente le uscite a relé.

Riguardo poi le difficoltà per gestire il tutto con un S7-1200, tutto dipende dalla tua conoscenza di questo PLC.

Dici che implementare un semplice controllo ON/ OFF al relè statico mediante un programmino che confronti il set point con il valore rilevato e attivi l uscita di conseguenza sia una cattiva idea?

Visto che la macchina con i termoregolatori che si comportano in questo modo funziona, sicuramente funzionerebbe anche con controllo da PLC.

Visto però che, con lo stesso identico hardware, puoi fare molto meglio, perché accontentarsi?

Esiste un modulo per il 1200 al quale connettere direttamente la sonda o devo interporre un convertitore che mi fornisca un segnale 0-10 v in uscita col quale entrare nel modulo?

Per l'S7-1200 esistono moduli sia per termocoppie che per PT100 ma, ovviamente, devi prendere quello giusto.

Io sconsiglierei l'uso di convertitori per le sonde di temperatura. Usando i convertitori avresti bisogno comunque di 4 ingressi analogici.

Anche se 4 ingressi analogici 4-20 mA costano meno di 4 ingressi analogici per TC (o PT100), sommando il costo dei convertitori e la complicazione dei cablaggi, penso ci sarebbe solo da rimetterci.

[Adelino Rossi]

Aggiungo una considerazione pratica.

Se sei un dipendente e la macchina sta funzionando regolarmente, valuta con estrema cura tutti gli elementi che vai a cambiare o modificare

e la tua conoscenza di ciò che installi. Una volta ricablata la macchina sei a un punto di non ritorno,

Ci si aspetta che la macchina vada almeno come prima, ma con i soldi spesi dovrebbe andare meglio di prima e con una maggior resa.

Considera anche che gli operatori, (se ci sono) devono condurla come prima, anche con la nuova tecnologia.

Ho una piccola macchina

Se invece la macchina è tua allora fai come meglio credi e in bocca al lupo.

[step-80]

Buongiorno Livio,grazie della risposta.

Ho provato a dare un occhiata e ho trovato questo articolo.

Posso interfacciarlo direttamente con le mie termocoppie senza interporre ulteriori convertitori?

Il prezzo non mi sembra molto lontano da questo che se non sbaglio necessita di un convertitore(anche se non ho idea di prezzo di un convertitore linkatomi da Lei)

Inoltre suppongo mi servirà un ulteriore modulo con 4 uscite digitali configurabili come PWM,se non sbaglio potrei montare questo.

Inoltre...io sono ignorante,e su questo non ci sono dubbi

Forse sto semplicemente cercando di sorpassare dei limiti che tecnicamente non sono in grado di sormontare ma ho letto e riletto piu volte i tutorial sui PID nella sezione didattica(compreso il dettagliatissimo di Sua Maestà Livio)

e non riesco a comprendere del tutto l effetto che produce la componente integrale del regolatore.

Sulla parte proporzionale non ci sono dubbi,ci mancherebbe,sulla parte derivativa con qualche ansiolitico ci sono arrivato. Ma la integrativa no!

Leggo che il tempo di integrazione ha come effetto "l annullamento dell errore quando il sistema è a regime" e che ha come controindicazione la diminuizione della prontezza di risposta.

La prima domanda che mi viene spontanea è se questo effetto potrebbe essere cosi determinante anche nella mia applicazione o se mi sto fasciando la testa per nulla.

Comunque,anche se non fosse determinante lo vorrei capire ugualmente.

Magari c è ancora un po di clima Natalizio in giro e qualche anima pia avanza qualche buona azione

Le nozioni che sto imparando su questo forum direttamente o indirettamente parlando sono comunque moltissime

grazie a tutti

[batta]

Ho provato a dare un occhiata e ho trovato questo articolo.

Posso interfacciarlo direttamente con le mie termocoppie senza interporre ulteriori convertitori?

Il prezzo non mi sembra molto lontano da questo che se non sbaglio necessita di un convertitore(anche se non ho idea di prezzo di un convertitore linkatomi da Lei)

Inoltre suppongo mi servirà un ulteriore modulo con 4 uscite digitali configurabili come PWM,se non sbaglio potrei montare questo.

Non so perché, ma ho la vaga impressione che tu abbia completamente ignorato il post #10.

[step-80]

No Batta,semplicemente ho letto il tuo post solo dopo aver pubblicato il mio. Ci mancherebbe,faccio tesoro di ogni riga mi viene detta!

Riguardo le termocoppie o pt100 ho fatto una figuraccia ipotizzando si trattasse della stessa cosa ma da quanto deduco dal tuo post non lo sono. A questo punto chiedo umilmente la differenza.

So che le pt 100 sono in grado di fornire un determinato grado di resistenza al variare della temperatura...e la termocoppia?oppure la pt100 è un caso particolare di termocoppia?

Chiedo ancora scusa per la mia ignoranza,non ho assolutamente ignorato nessun post

[step-80]

[at]adelino rossi: la macchina è mia,e la considero un po la mia "nave scuola".

Lavora parecchie ore al giorno e prima di fare qualunque modifica(ovviamente di domenica che è l unico giorno che è ferma)ci penso su molto attentamente e faccio parecchi test fuori macchina visto che non ho nessun tipo di riscontro se non il mio.

Certo è che la tensione che provo quando la sto per"sbudellare" è molta... E se poi non va??

La soddisfazione che provo quando peró riesco a farla funzionare magari meglio di prima è ineguagliabile!

[Giuseppe Signorella]

So che le pt 100 sono in grado di fornire un determinato grado di resistenza al variare della temperatura...e la termocoppia?oppure la pt100 è un caso particolare di termocoppia?

Le PT 100 (RTD " Resistance Temperature Detector" e/o termo resistenze) sono composte da un materiale che varia la propria resistenza in funzione della temperatura a cui sono sottoposte.

Le termocoppie son invece composte da due differenti materiali (metalli), il quale hai suoi capi si genera una d.d.p. (differenza di potenziale) proporzionale alla differenza di temperatura tra due o più punti degli elementi della sonda.

E' noto che le termocoppie sono (sonde di temperatura) più robuste e destinate ad un uso più gravoso rispetto alle RTD, anche per via della loro maggiore capacità di resistenza alla temperatura. In genere hanno la capacità di misurare temperature più alte rispetto alle RTD, inoltre hanno anche una velocità di risposta maggiore. Di contro hanno però che sono un tantino meno precise.

Le RTD invece sono più lente a rispondere, ma hanno una maggiore precisione. Il loro campo di applicazione è un tantino meno gravoso rispetto le termocoppie per via anche dell limite più basso del loro range di lettura della temperatura.

Modificato: 5 gennaio 2013 da Giuseppe Signorella

[Livio Orsini]

Di contro hanno però che sono un tantino meno precise.

Non necessariamente anzi; molto dipende dalla coppia di metalli. Il vero problema delle termocoppie è che il rapporto tensione-temperatura è piuttosto basso, quindi è necessaria una robusta amplificazione con tutti i problemi connessi.

Step-80. I prodotti che ti ho segnalato sono ideali quando non hai bisogno di abbinarli a canali analogici del PLC, oppure con un solo canale multipexato leggi molti traduttori dda campo.

Se devi usare il sensore per effettuare una regolazione la via migliore è l'interfaccia diretta con il PLC; spendi meno ed il sistema lavaro meglio, comunque non peggio della soluzione ibrida.

[step-80]

Le termocoppie son composte da due differenti materiali (metalli), il quale hai suoi capi si genera una d.d.p. (differenza di potenziale) proporzionale alla differenza di temperatura

Ok quindi ora è chiarissima la differenza tra le due.

Le mie resistenze hanno due fili che fuoriescono: uno azzurro e uno rosso. Noto che entrano direttamente a due morsetti del termoregolatore.

Secondo voi sono termocoppie?

Ho recuperato la fattura di acquisto e sopra tra le altre diciture dice"TC".

[Giuseppe Signorella]

Il vero problema delle termocoppie è che il rapporto tensione-temperatura è piuttosto basso, quindi è necessaria una robusta amplificazione con tutti i problemi connessi.

Quindi questo dovrebbe comportare anche una limitazione sulla lunghezza dei cavi di connessione tra la sonda ed il dispositivo.

[step-80]

Se devi usare il sensore per effettuare una regolazione la via migliore è l'interfaccia diretta con il PLC; spendi meno ed il sistema lavaro meglio, comunque non peggio della soluzione ibrida.

Grazie Livio,credo che seguiró questa strada .

Prima peró devo studiare attentamente il regolatore e capire come muovermi. Tra l altro è anche la prima volta che mi cimento con le analogiche.

Ho provato a inserire un blocco PID in un OB 30 ,anche se ancora non ho capito bene che tempo di ciclo usare.

Comunque,se non ho capito male all ingresso imput_PER metto la WORD appoggiata alla PEW del relativo canale alla quale è collegata la sonda...oppure direttamente la PEW?

Come output suppongo dovrei usare il PWM.

Li devo inserire l uscita fisica alla quale è collegato il relè statico?es Q2.0?

Speriamo di non aver detto stupidate...

[Livio Orsini]

Francamente, non conocendo lo S-1200 non mi sento di darti alcun parere in merito.

Tieni presente che se campioni ed elabori il regolatore PID troppo lentemente, ottieni pessimi risultati ed una regolazione insuffiicente; idem se campioni troppo velocemente. Dopo aver effettuato la correzione il sistema deve avere il tempo di reagire affinchè il regolatore possa valutarne gli effetti; se campioni troppo velocemente poi devi rallentare il regolatore andando a correggere un errore con un altro errore.

Comunque tutti questi concetti sono illustrati nel mio tutorial che hai letto.

In termini empirici rileva il tempo che impiega il tuo sistema per rispondere and una variazione a gradino, ad anello aperto, di circa il 10% del fondo scala, questo ti da un'idea dei tempi di risposta.

[step-80]

rileva il tempo che impiega il tuo sistema per rispondere and una variazione a gradino, ad anello aperto, di circa il 10% del fondo scala, questo ti da un'idea dei tempi di risposta.

Scusa Livio,intendi dire che nell ipotesi avessi un fondoscala a 300 gradi dovrei empiricamente provare quanto ci mette il mio sistema a passare da 60 a 90 o da 150 a 180?ho capito bene?

Nel caso ci mettesse troppo,dovrei abbassare il tempo integrale o aumentare il guadagno?

A questo punto altre due domande mi sorgono:

Il mio è un sistema molto semplice:accendo le resistenze,imposto la temperatura e basta.

Non c è nessuna causa che mi porti ad esempio un raffreddamento repentino delle pinze e per la quale il pid debba reagire istantaneamente.

Si deve solo mantenere la temperatura impostata.

La faccio troppo facile?Nel senso,ho proprio bisogno di un PID?

Domanda n 2: dovrei implementare 4 PID. Quanto appesantirebbero il resto del programma?

Posso inserirli tutti nel medesimo cyclic interrupt?

[Livio Orsini]

ho capito bene?

Si e no. Giusto il delta di temperatura, sbagliato il metodo; Ho scritto ad anello aperto, significa che non c'è regolazione di mezzo. Alimenti il resistore a piena potenza o osservi la variazione di temperatura ed il tempo impiegato. Quella è la massima velocità con cui può reagire il sistema in riscaldamento. Poi togli l'alimentazione ed osservi come si comporta in discesa;questo ti da un'idea della dinamica del tuo sistema.

Domanda n 2: dovrei implementare 4 PID. Quanto appesantirebbero il resto del programma?

4 PID impiegano 4 volte il tempo di uno. Lapalissiano ma è così!

Non so quella CPU quanto tempo impiega per risolvere un PID. Nel amnuale dovrebbe essere dichiarato il tempo minimo e massimo. E' buona regola analizzare per il caso pessimo, quindi per il tempo massimo.

Posso inserirli tutti nel medesimo cyclic interrupt?

Idem come sopra. Se la CPU impiegasse non più di 1 ms per funzione, potresti ipotizzare di farli eseguire in sequenza.

Io li farei eseguire comunque singolarmente, richiamati da uno specifico interrupt. In questo modo sono sicuro di aver minimizzato il jitter temporale.

Modificato: 5 gennaio 2013 da Livio Orsini

[Giuseppe Signorella]

Visto la tua prima esperienza con i PID io ti consiglierei di fare pressapoco in questo modo:

Schedulazione da 1 secondo, in ingresso gli darei un valore proveniente da una variabile, questo perchè mi preoccuperei di fare prima la scalatura ingegneristica del valore proveniente dall'ingresso analogico.

In uscita a secondo di come deciderai di procedere, puoi dargli in pasto o una variabile o direttamente l'uscita PWM.

Il pid dell' S7 1200 ha già delle configurazioni preimpostate ti selezioni dal menu la configurazione per la temperatura, dopo averlo avviato ti fai l'auto tuning.

Il PID si fa le proprie autoregolazioni in funzione di come reagisce il tuo sistema di saldatura. (Fa ciò che ha descritto Livio Orsini nel precedente post)

Modificato: 5 gennaio 2013 da Giuseppe Signorella

[step-80]

Visto la tua prima esperienza con i PID io ti consiglierei di fare pressapoco in questo modo:

Schedulazione da 1 secondo, in ingresso gli darei un valore proveniente da una variabile, questo perchè mi preoccuperei di fare prima la scalatura ingegneristica del valore proveniente dall'ingresso analogico.

Scusa giuseppe ma sei sicuro ?ho appena provato e nelle impostazioni hw del modulo analogico mi converte già i valori letti in celsius o farenheit