Realizzazione Camma Elettronica

[Stefano80]

Salve a tutti!

Sono nuovo nuovo (tanto x cambiare, direte voi) e ho dalla mia solo una discreta esperienza nella programmazione dell'S7-200, peraltro da autodidatta..

Chiedo a qualcuno di qui se mi può consigliare, secondo le proprie esperienze, il modo migliore per poter realizzare quello che vado a spiegare.

Quella che è mia intenzione mettere a breve in cantiere è un'applicazione che rientra sicuramente nel campo della funzione cosidetta "camma elettronica".

Si tratta di far ruotare un asse con applicata una tavola di un posizionatore, sulla quale girerà un profilo che può variare da lavorazione a lavorazione, ad esempio un profilo circolare (nella migliore delle ipotesi) od un profilo a semicerchio, rettangolo con angoli raccordati, ecc.

A questo asse girevole deve essere accoppiato un secondo asse (ortogonale a quello già descritto), che sia in grado di "inseguire" letteralmente il profilo che ruota. Aggiungo inoltre che questo profilo deve essere inseguito a velocità costante, ovvero che il punto generato dall'intersezione tra il profilo da inseguire e l'asse ortogonale, deve correre lungo il profilo stesso, sempre alla stessa velocità.

Secondo questa regola, quindi, se avrò un profilo rettangolare, quando mi si presenterà un angolo, per mantenere una velocità costante, l'asse della tavola dovrà accelerare in modo inversamente proporzionale al raggio dell'angolo, e così via.

Chiedo a voi esperti quale potrebbe essere una configurazione che possa passare in modo FLESSIBILE da un profilo all'altro e che mi permetta anche di eseguire una funzione di offset sul profilo corrente, evitandomi così di dover rieditare tutta la curva. Inoltre gradirei avere anche una interfaccia grafica che mi permetta anche di visualizzare vari dati di processo, e che dalla quale possa variare possibilmente anche il mio profilo, senza ricorrere ad un software specifico, come un software di programmazione dedicato per un azionamento.

Finora, ho cercato di muovere i primi passi con una scheda di motion control per servomotori, che ho reperito qualche anno fa per scopi didattici a questo indirizzo Jrkerr. Magari mi direte che non sono partito nel migliore dei modi, ma è un metodo sicuramente economico, anche perchè tutte le funzioni integrate in signori azionamenti, occorre costruirsele faticosamente tramite C++ o VisualBasic, interfaccia compresa.

Intanto non mi resta che ringraziare fin d'ora per tutti coloro che si prenderanno la briga di leggere questo post e, tantopiù, di rispondere e sono disponibile a fornire eventuali ed ulteriori dettagli in merito alla mia applicazione.

Un saluto e un grazie ancora.

Stefano

[bigalex]

Penso che per realizzare ciò sia sicuramente indicato un controllo assi a 2 assi interpolati o un CNC programmabile magari in linguaggio iso.

L'applicazione che descivi è sicuramente tosta o meglio è il caso in cui il sistema deve essere realizzato meccanicamengte ed elettronicamente in modo ineccepibile, soprattutto quando si devono descrivere profili tipo rettangolo dove , se la precisione sul profilo richiesta è elevata , le funzioni di interpolazione devono funzionare veramente bene altrimenti quello che si ottiene è un profilo irregolare o inaccettabile a livello di lavorazione .

Auguri .

bigalex

[Stefano80]

Grazie per gli auguri, bigalex...

Preciso che non è il mio passatempo preferito cimentarmi in imprese impossibili: l'applicazione serve per realizzare un impianto di saldatura di pezzi a profilo variabile (ovviamente), di lamiera a spessore sottile, particolare questo che rende le cose un pò più complicate; ecco il perchè inseguire il profilo.

Chiedo una sorta di indirizzamento verso qualche modello di hardware di qualche produttore (controllo e azionamento) che sia adatto al tipo di applicazione che devo realizzare.

Un grazie di nuovo a tutti voi.

Stefano80

[Livio Orsini]

Per prima cosa necessiti di un azionamento con elevatissima dinamica. Questo lo deduco dal tipo di applicazione, anche se non fornisci dati di velocità, precisione, inerzia, etc.

Il tipo di azionamento dell'inseguitore potrebbe essere di tipo brushless di buone prestazioni dinamiche.

Poi dipende da cosa intendi per flessibilità. Comunque è necessario che l'inseguitore lavori in interpolazione, quindi è necessario disporre di una HW che possa espletare questa funzione.

Prova a dare qualche dato in più ed ad esplicitare meglio cosa intendi per flessibilità

[Stefano80]

Grazie Livio per la risposta.

Fornisco subito qualche dato per chiarire le idee. Come velocità, posso fornire quella alla quale intendo seguire il profilo in questione, che potrebbe variare circa dai 5 ai 12 mm/s. La precisione intesa come massimo scostamento dal profilo da seguire dovrebbe essere minore ai 0.2 mm, al massimo tollerati gli 0.3 mm, ma non di più, altrimenti la cosa diventa inservibile.

La massa rotante che è in gioco sicuramente non supererà i 30 kg (con tavola posizionatore compresa). I profili da muovere non sono molto grandi, e questo non gioca a favore del controllo. Immaginate che tra i profili ci possa essere una circonferenza di 68 di diametro, una da 90 circa, un profilo rettangolare con lati di 140 e 60 con due angoli adiacenti raggiati di 20 mm. Questo per farvi capire un pò quello che gira attorno ai componenti che interagiscono.

Pensavo anch'io che dovrebbe essere impostato master la tavola girevole, e il software deve tener conto istantaneamente della posizione precisa del profilo, variando la velocità secondo una funzione che calcoli la velocità periferica istantanea rispetto ad un punto fisso (appunto l'asse trasversale). Per il movimento quindi dell'asse trasversale "basterebbe" sottendere, da un punto di vista puramente geometrico, una linea dal centro di rotazione e parallela all'asse trasversale (in sostanza coincidente a quest'ultimo) e rilevare lungo questa linea le continue intersezioni generate dal profilo grazie alla sua rotazione. Seguendo quindi scrupolosamente questi punti si ottengono i movimenti che deve seguire l'asse trasversale. Con la scheda pc che indico nel primo messaggio c'è la possibilità, tramite una funzione chiamata "Load_trajectory" di inviare tramite un buffer software una serie di coordinate che uno o più assi fino ad un massimo di 32, dovrebbero seguire. E' chiaro che per riempire questo buffer, per compilarlo o come dir si voglia, tutti i punti devono essere calcolati in real time da un pc. Attualmente perciò se dovessi contare sulle mie sole conoscenze mi sarebbe più facile uscire vivo con una barca a vela dalla tempesta perfetta, ma ho qualcuno che in campo di programmazione mi potrebbe dare una mano.

Tempo fa avevo iniziato a considerare moduli come il Siemens Masterdrive, che funzioni di camma elettronica le ha già integrate, ma mi serve qualcuno che possa darmi qualche conferma o suggerimento se sia più conveniente seguire una via o l'altra. Nel primo caso (della scheda pc) l'hardware non cosa molto ma devo perdere io il tempo di costruire tutto il software, mentre nel secondo caso, a fronte di una spesa ben maggiore, mi trovo già funzioni avanzate subito disponibili senza rompermi la testa più di tanto.

Per quanto riguarda flessibilità, è presto detto. Intendo che per cambiare profilo sia sufficiente richiamarne uno da file e fare l'azzeramento, un pò come avviene per una macchina utensile. Non voglio che occorra "riprogrammare" tutto il sistema, quindi rieditare il profilo. Sarebbe intelligente usare una programmazione ISO come suggeriva l'amico bigalex. In poche parole voglio non dover aprire l'armadio elettrico collegare pc e cavetto per riprogrammare tutto, come avviene ad esempio se mi accorgo che un timer di un S7-200 scatta troppo presto e lo voglio reimpostare senza avere possibilità di farlo dal pannello di controllo a bordo macchina.

Spero di non annoiare troppo... Mi spiace se è così. Cerco solo di spiegare meglio possibile quello che devo fare.

Ancora, sono a ringraziare tutti voi di plcforum.it.

Stefano

[Livio Orsini]

Vediamo se ho capito.

Su una tavola rotante c'è un profilo che può essere una circonferenza o un rettangolo con lati raccordati da archi di cerchio. Lungo il diametro della tavola è presente un secondo asse. Questo asse deve essere posizionato costantemente sul profilo.

Non scrivi niente relativamente alla misura del profilo, quindi presumo che si conoscano dimensioni e forma geometrica. Per esempio per la figura più semplice, il cerchio, il sistema di controllo avrà come dati il solo raggio. Inizialmente si posizionerà in corrispondenza della circonferenza, da dove non dovrà più sopstarsi. Lavoro abbastanza semplice, con le velocità dichiarate potresti eseguirlo con una S7-226 più pannello operatore per inserire i dati.

Nel caso del rettangolo raccordato le cose sono notevolmente più complicate.

Primo: hai la necessità di scegliere un punto iniziale che non dia adito ad equivoci; potrebbe essere il punto iniziale di un lato.

In funzione delle dimensioni dei lati e dei raggi di raccordo il sistema di controllo calcola la posizione dell'asse in funzione dell'angolo di rotazione. In pratica eseguirà il calcolo dei vettori per ogni frazione minima di angolo. Anche semplificando al massimo, imponendo che il centro del rettangolo coincida con il centro di rotazione, i calcoli che devno essere effettuati non sono banali. Inoltre sarebbe necessario calcolare preventivamente il minimo quanto di angolo che, nel caso pessimo, permetta comunque di rimanere nei termini della precisione.

Riassumendo

La flessibilità non è un problema: basta anche un piccolo pannello operatore che permetta di caricare e scegliere la figura geometrica e le sue dimensioni.

Lo scoglio più grosso è rappresentato dalle capacità di calcolo del sitema di controllo. Io escluderei dispositivi tipo "camma elettronica": il loro scopo è molto diverso. Vedrei meglio un sistema embedded dotato di un micro tipo DSP o comunque con grandi capacità di calcolo in tempi reale.

Tutto questo è valido se il dispositivo lavora secondo le mie interpretazioni.

[gaccia]

ciao stefano io ho gia lavorato su posizionatori del genere e ho visto gia tanta persone provare a saldare pezzi rettangolari e quadrati su una tavola rotante , uno dei problemi piu importanti secondo la mia esperienza,è il cambiamento di velocità che si deve avere quando si fa l'arco di cerchio rispetto al lineare,in angolo bisogna cambiare sia i parametri di saldatura sia le velocità e a volte anche la posizione della torcia, io ho avuto buoni risultati con camme meccaniche (dipende dal pezzo da saldare) oppure con sistemi AWC (automatic weldig control) . esistono anche sistemi cerca e inseguigiunto ma sono un pò costosi.

comunque auguri

ciao

[JumpMan]

Non ho esperienza in merito, ma per il motivo descritto da gaccia (variazione di velocità di rotazione sugli angoli) non sarebbe più facile realizzare un sistema a 2 assi ortogonali(tipo un plotter)?

Oltre tutto ci sono dei CN che hanno già le istruzioni per seguire dei profili...

[gaccia]

mancano informazioni sul pezzo ? però un sistema tipo plotter potrebbe andare anche se forse servirebbe un terzo asse per le inclinazioni ?

[JumpMan]

La testa è inclinata ?

non sarebbe più facile realizzare un sistema a 2 assi ortogonali(tipo un plotter)?

... come non detto

[gaccia]

non so molte volte ho visto pezzi che dovevano essere inclinati per motivi di penetrazione della sadatura

forse non serve il terzo ??

aspettiamo info da stefano

[Stefano80]

Rieccomi qua!

Scusate la mancata immediatezza delle risposte, ma una piccola infuenza mi ha messo fuori uso per un paio di giorni..

Allora, la soluzione di Livio in effetti (almeno dal punto di vista della specifica dei profili tramite scelta del tipo di profilo e inserimento delle variabili fondamentali) è un'ottima idea alla quale non avevo pensato. Rimane la sua perplessità in merito alla potenza di calcolo che questa applicazione richiede. Il suo consiglio è quello di usare un DSP anche se non ho idea di cosa sia.. forse un PLC avanzato dal punto di vista della velocità di calcolo? Al massimo provo a fare qualche ricerca per saperne di più.

Ad ogni modo Livio ha capito bene quello che devo realizzare; il problema flessibilità sarebbe risolto.

E' anche chiaro che se la figura in questione è una circonferenza non c'è alcun problema, visto che ci sarebbe una corsa in rapido per il posizionamento al di sopra del profilo e poi non c'è bisogno di alcun conteggio, se non quello per determinare quando l'asse rotante abbia compiuto una rotazione completa. I cavoli amari insorgono con le altre figure.

Un grazie anche all'amico gaccia che dice di aver lavorato in questo settore: ebbene, hai perfettamente ragione che uno dei punti più critici è l'angolo, infatti, il calore specifico in quel punto aumenta molto non potendo mantenere la stessa velocità dei punti rettilinei. Per mantenere la velocità bisognerebbe raggiungere una velocità di rotazione superiore in corrispondenza dell'angolo e tanto maggiore quanto più piccolo è il raggio. Ecco che allora è opportuno ridurre in corrispondenza di questi punti la corrente di saldatura per evitare un eccessivo surriscaldamento. Qual'è il compromesso che questo sistema obbliga ad accettare? Presto detto: la variazione continua (e se eccessiva, anche deleteria) dell'angolo di inclinazione della torcia di saldatura. Infatti se presumiamo che un rettangolo ruoti attorno al suo centro, se poniamo la torcia nel punto medio di uno dei lati la torcia assumerà la naturale e prevista posizione, ma nella situazione che la vedrà aver appena superato un angolo, come si troverà? Molto, molto inclinata. E' chiaro che una leggera inclinazione opposta al senso di avanzamento è positiva come sospingimento della goccia di saldatura, ma una eccessiva inclinazione fa in modo che sul pezzo si trasferisca sempre meno calore, con la possibilità di perdere la goccia, e di riprenderla una volta che l'apporto termico in funzione dell'inclinazione e un preciso accoppiamento siano in grado di ripristinarla. Questo comporta di riprendere il pezzo a mano, e sebbene l'aspetto estetico non sia di primissima importanza, vorrei evitare queste eventualità nella massima misura. Sono tutte cose che devono essere prese in considerazione nel momento in cui si vuole tentare di promuovere in automatico un procedimento che verrebbe tradizionalmente affrontato manualmente.

La cosa che mi romperebbe parecchio sarebbe quella di dover aggiungere anche una funzione che debba variare l'inclinazione della torcia, perchè si renderebbero necessati tutta una serie di calcoli (sempre in tempo reale) che andrebbe ad appensantire il ciclo, peraltro non leggero).

Jumpman ha semplificato molto le cose consigliando un bel sistema cartesiano a 2 assi, ma a quel punto è necessario anche l'accorgimento di gaccia che ne suggerisce un terzo per muovere la torcia per mantenerla perpendicolare (o meglio leggermente inclinata in direzione opposta al senso di avanzamento, come ho spiegato prima). Il terzo asse mi serve perchè il tipo di accoppiamento tra le lamiere è a 90°.

La torcia idealmente deve essere inclinata di 45° secondo il piano ortogonale al senso di avanzamento. Se invece i due lambi di lamiera fossero accostati testa a testa il terzo asse non servirebbe e di fatto un cartesiano a 2 assi sarebbe la soluzione ad ogni problema.

Non mi resta che chiedervi dei suggerimenti su che tipo di componenti hardware cercare, in base alle vostre esperienze, sia per quanto riguarda una soluzione di tipo cartesiano, sia una soluzione di tipo DSP. Livio consiglia comunque di utilizzare dei servomotori brushless.

Mi scuso ancora per il ritardo della risposta, e come sempre, ringrazio tutti per le risposte.

[Livio Orsini]

La soluzione di tipo cartesiano, due assi interpolati tra loro, è sicuramente più semplice. Eè solo vincolata dal fatto che non potresti muovere la piattaforma. A questo punto il tuo sitema è simile ad un pantografo, od una fresa. Quindi è sufficiente che ti procuri un controllo assi di questo tipo. Gli azionamenti è meglio siano del tipo brushless: ti garantiscono tutta l'accelerazione e la rapidità di risposta necessarie per seguire i profili.

Un dispositivo DSP è un microeleaboratore progettato espressamente per effetture operazioni matematiche direttamente in HW. Solitamente, i più potenti, eseguono divisioni in virgola mobile direttamente in HW, cioè senza dover ricorrere alle funzioni software in virgala mobile. Questo permette di eseguire calcoli complessi molto rapidamente. Non sono certo dei PLC. In alcune schede assi si usano alcuni di questi dispositivi, che poi sono trasparenti per l'itente finale, il quale si limita a gestire il tutto con il linguaggio di programmazione dei CNC.

Sono stato molto sintetico e schematico, ma spero che ti possa comunque aiutare a schiarirti le idee.

[gaccia]

se il pezzi sono simili hai disegni che ti ho inviato ci porebbero essere delle belle idee forse molto semplici

resto in attesa

ciao

[Pietro Buttiglione]

sempre chiedersi:

'Come farebbe l'operaio specializzato a mano??'

Mi sorge il dubbio che neanche lui riesca a realizzare il movimento a tre assi di cui parlate..

Quindi, forse, lo fa con ripresa del pezzo: perche' non fare nello stesso modo?

ciao

pit

[Stefano80]

E' chiaro che una saldatura di quel genere dovrebbe, se eseguita manualmente, essere ripresa una gran numero di volte. Il fatto di rendere automatizzabile il processo significherebbe proprio eliminare quelle disuniformità esteticamente brutte, derivanti dalle continue riprese della saldatura.

Ecco perchè il mio obiettivo sarebbe quello di farlo tutto in una volta.

Ciao

Stefano

[Robertogamma]

Ciao Stefano80, volevo sapere alla fine che soluzione hai utilizzato, visto che il mio campo di interesse è il motion control ? E' passato parecchio tempo, ma mi sono appena iscritto al forum e l'argomento camma elettronica è molto interessante in molti settori di applicazione : legno,packaging, macchine utens., stampa, etc....

Grazie

[Stefano80]

Ciao Roberto!

Dunque, in seguito alle risposte che ho ricevuto qui, molte delle quali poste da persone che ne sanno ben più di me, sembra che la camma elettronica nasconda insidie notevoli, dietro la sua realizzazione. Restando alla mia specifica applicazione (ovvero un posizionatore di saldatura a profilo variabile) deve ancora essere realizzata. Perchè dopo tutto questo tempo? Perchè la macchina non la devo costruire per conto terzi, ma per uso interno, e la sua speciale costruzione è effettuata per un prodotto al quale stiamo ancora lavorando (quindi in fase di prototipo). Ecco perchè la macchina per eseguire la serie deve ancora essere messa in cantiere. Il fatto che mi sia interessato così prematuramente alla cosa è semplice: quando le cose non si sanno, o si conosco solo in modo frammentario, ci vuole tempo prima di farsi un'idea su quello che ti sta attorno e soprattutto su quale strategia improntare per evitare a mezza via di dover buttare tutto e ricominciare daccapo. Il problema che ho, come avrai letto è quello di dover di volta il volta poter cambiare il profilo in modo agevole senza dover perdere tempi troppo lunghi o semplicemente rendere la cosa troppo complicata. Per questo motivo non posso usare un plc nudo e crudo, perchè altrimenti ogni volta dovrei riprogrammarlo con il nuovo profilo. Altra soluzione sarebbe quella di doverlo associare ad un pannello operatore col quale io possa inserire un programma compatibile con codice ISO, e semplicemente richiamabile di volta in volta, un pò come si fa una macchina a controllo numerico standard. Ma i costi lieviterebbero in modo enorme.

L'approccio che seguirò quindi (almeno stando alle più recenti considerazioni) è quello che va ad utilizzare motori passo passo per un sistema cartesiano XYZ, con schede di controllo assi economiche e con un software molto potente che possa, tra le varie cose, gestire bene il codice ISO e anche il richiamare programmi già esistenti, che richiedano al loro avvio il semplice inserimento di un'origine.

A questo punto mi dirai: ma allora la camma elettronica è andata a farsi benedire! Già, effettivamente la cosa è mutata, dal modo come inizialmente pensavo di risolvere la questione. Le schede che andrei a comprare (www.twintec.it) sono in grado di gestire anche un percorso preventivamente calcolato, pertanto il concetto della camma elettronica è realizzabile. L'unica cosa divertente che rimane da fare è quella di trovare il modo di generare tutta questa serie di comandi o punti che partendo da un profilo chiuso e non autointersecante, possa generare tutta la serie di velocità, accelerazioni e decelerazioni specifiche da far eseguire all'asse rotativo i movimenti longitudinali che l'asse lineare, in concomitanza con l'asse rotativo, deve eseguire.

I motori passo passo sono stati scelti essenzialmente perchè le velocità di movimento sono piuttosto lente (fino a massimo 20mm/s per l'inseguimento del profilo) perciò super servomotori ad altissime prestazioni non servono, tanto meno al portafoglio. Rispetto infatti a quanto costerebbe un sistema gestito con servomotori AC e azionamenti di Siemens (solo per gli assi XY), tutto il sistema completo dei passo passo mi salta fuori con meno del costo di un solo azionamento di Siemens.

Se sei dell'idea di approfondire il discorso comunque caro Roberto, mi trovi disponibile.

Gli argomenti li ho esposti in fretta perchè ora sono di corsa ma se vuoi, sono sempre qua.

Ciao ciao!