Modifica A Regolatore Di Potenza Ac...

[bit]

Salve a tutti,

ho un problema particolarmente contorto. In una macchina (abbastanza recente) di un mio cliente sono presenti 7 regolatori di potenza ac (a parzializzazione di fase), di una nota marca (non so se posso nominarla), a 4 canali da 60 A ciascuno, che alimentano delle resistenze sulla macchina stessa (27 in tutto, ho un canale non utilizzato).

I regolatori sono alimentati dalla normale rete 400 V, e controllati da plc siemens attravarso rete profibus.

Questa macchina ha sempre manifestato problemi, e la ditta costruttrice non è mai riuscita a risolverli. Non tiriamola in ballo perchè è fallita, e comunque il cliente non ha più voglia di rivolgersi a loro (sono stato chiamato appunto io).

Uno dei problemi principali (quello argomento di questo post) è relativo alla scarsa stabilità della tensione di alimentazione delle resistenze controllate dai regolatori appena menzionati. Questi regolatori dovrebbero stabilizzarmi la tensione in uscita (anche a fronte di variazioni della tensione di ingresso), ma in realtà non lo fanno, o lo fanno malamente.

Preciso che il riferimento di tensione che gli viene passato da profibus è costante, e che le variazioni di tensione sono conseguenza di inevitabili variazioni di tensione in ingresso (questo è appurato). La macchina, per funzionare bene, richiede massima costanza nei parametri, compresa la tensione di alimentazione delle famose resistenze.

L'assistenza tecnica della nota marca, da noi interpellata, non ha saputo risolvere il problema, e se ne è lavata le mani.

Dopo un'attenta analisi in laboratorio di uno di questi regolatori, sono giunto alla conclusione che i problemi sono generati da un sistema di regolazione non troppo fatto bene (lavora ad anello aperto).

Visto che il problema è individuato, mi si pongono 2 strade per risolverlo:

- sostituire tutti i regolatori con un modello differente, magari di un'altra marca

- modificare i regolatori esistenti, realizzando una nuova scheda di regolazione, sfruttando la parte di potenza già esistente

La prima soluzione è stata esclusa per i notevoli costi (quei regolatori costano oltre 5000 euro l'uno, e ce ne sono 7 più uno di scorta), e per le complicazioni di istallazione, differenti dimensioni di ingombro nel quadro (già preciso), cablaggi di potenza, lunghi fermi macchina, ecc...

La seconda soluzione sarebbe possibile. In laboratorio ho già tentato di realizzare un sistema di regolazione esterno (eliminando la scheda di regolazione interna), con buoni risultati.

Il mio problema è quello di reintegrare il nuovo regolatore con il sistema esistente. Eliminando infatti la vecchia scheda di regolazione, perdo anche l'interfaccia profibus del regolatore stesso, come pure tutta la gestione degli allarmi e dei parametri del regolatore stesso.

La soluzione più adatta sarebbe di reimplementare un interfaccia profibus sulla nuova scheda di regolazione, in modo da non sconvolgere il sistema originale della macchina. Ovvio che magari la nuova scheda avrà un'impostazione dei dati differente, ma si potrà sempre modificarne la gestione da parte del plc.

Attualmente ho grossi problemi a trovare gli standard del protocollo porfibus, in modo da poterlo implementare sul microprocessore che andrò a utilizzare per realizzare il nuovo regolatore. Lo standard hardware è RS485, con dati a 11 bit, e fino a qui ci sono arrivato. Ho provato a ricevere dati da una rete probifus e riesco a leggerli correttamente, ma adesso devo gestire le varie chiamate e le risposte, e magari creare un nuovo file .gsd, con le specifiche della mia nuova scheda.

Dove posso trovare le informazioni relative al protocollo profibus DP?

Sono accettati anche consigli su soluzioni alternative....

Ciao e grazie a tutti!

Modificato: 19 maggio 2009 da bit

[Adelino Rossi]

Attento che finchè la macchina va male ma rimane fornita da terzi te la cavi, ma se la modifichi in profondità devi avere la soluzione certa ed affidabile dei problemi

altrimenti ti assumi tutti gli imprevisti del caso.

Siccome accetti consigli io migliorerei la nostra comprensione dell'impianto.

sono presenti 7 regolatori di potenza ac (a parzializzazione di fase), a 4 canali da 60 A ciascuno, che alimentano delle resistenze sulla macchina stessa (27 in tutto, ho un canale non utilizzato).

I regolatori sono alimentati dalla normale rete 400 V, e controllati da plc siemens attravarso rete profibus.

il regolatore o i regolatori PID con i relativi parametri dove si trovano? sulle 4 unità o sul plc?

che tipo di segnali si scambiano il plc e le unità di potenza?

per 27 zone riscaldate quante termoresistenze o termocoppie ci sono?

Quant'è la potenza nominale totale dei 27 gruppi di riscaldamento in Kw?

Qual'è il dimensionamento in potenza, della linea di alimentazione dell'impianto?

Uno dei problemi principali (quello argomento di questo post) è relativo alla scarsa stabilità della tensione di alimentazione delle resistenze controllate dai regolatori appena menzionati. Questi regolatori dovrebbero stabilizzarmi la tensione in uscita (anche a fronte di variazioni della tensione di ingresso), ma in realtà non lo fanno, o lo fanno malamente.

Sulle resistenze controllate a parzializzazione di fase la tensione NON è mai stabile e non dipende dalla tensione di ingresso ma viene appunto parzializzata, (tagliata la forma d'onda).

Nei controlli a treno d'impulsi la tensione rimane costante come valore ma cambia il tempo in cui viene applicata.

Dopo un'attenta analisi in laboratorio di uno di questi regolatori, sono giunto alla conclusione che i problemi sono generati da un sistema di regolazione

non troppo fatto bene (lavora ad anello aperto).

che significa ad anello aperto?

Non ci sono 27 pid e non ci sono 27 elementi di misura?

puoi dare il costruttore e il modello dei regolatori?

Come già detto, questa è solo una analisi preliminare del problema.

[bit]

Attento che finchè la macchina va male ma rimane fornita da terzi te la cavi, ma se la modifichi in profondità devi avere la soluzione certa ed affidabile dei problemi

Però il problema qualcuno le deve pur risolvere, altrimenti al cliente la macchina andrà sempre male...

il regolatore o i regolatori PID con i relativi parametri dove si trovano? sulle 4 unità o sul plc?

Ogni regolatore è composto da 4 canali di potenza, con una scheda a microprocessore che li gestisce. Non vi è regolatore pid per il semplice fatto che non esiste regolazione ad anello chiuso.

che tipo di segnali si scambiano il plc e le unità di potenza

Il plc passa ai regolatori il riferimento di tensione da generare (espresso in % sul fondo scala), tramite profibus. Al plc ritornano i vari valori misurati (tensione, corrente, ecc...) e eventuali allarmi. I valori di ritorno servono solo per visualizzazioni e report di lavorazione e non sono usati per effettuare regolazioni da parte del plc stesso. Il plc passa ai regolatori un valore di riferimento costante durante tutta la lavorazione.

per 27 zone riscaldate quante termoresistenze o termocoppie ci sono?

Nessuna, e nemmeno ne serve. Per un buon funzionamento della macchina basta che le resistenze siano alimentate da una tensione stabile. Quello che compromette la produzione non è tanto un valore di tensione differente dal valore ideale, quanto la variazione stessa della tensione. Mi spiego meglio: con le resistenze alimentate a 300 V la macchina va bene, con le resistenze alimentate a 320 V la macchina va bene ugualmente (ovvio, oltre certi limiti poi ho comunque problemi). E' nel passaggio da 300 a 320 V (è ovviamente più veloce è il passaggio e peggio è) che la produzione ne risente.

Lo scopo finale dell'intervento è garantire la costanza della tensione di alimentazione della resistenza. Questo è sufficiente.

Qual'è il dimensionamento in potenza, della linea di alimentazione dell'impianto?

Le resistenze hanno una potenza di circa 13 KW ciascuna. La linea è adeguata, e comunque essendo il carico costante non è la macchina stessa a provocare le fluttuazioni incriminate sulla rete. Le fluttuazioni che provocano il problema sono generate da altre macchine presenti nello stabilimento. Preciso che le fluttuazioni sono comunque ampiamente contenute all'interno delle normali tolleranze della tensione di rete. La tensione di rete oscilla infatti tra 385 e 400V, però durante il passaggio da un valore all'altro la macchina ne risente.

Sulle resistenze controllate a parzializzazione di fase la tensione NON è mai stabile e non dipende dalla tensione di ingresso ma viene appunto parzializzata, (tagliata la forma d'onda).

Per tensione intendo il valore efficace, che varia appunto al variare dellla tensione di ingresso dei regolatori. Il regolatore dovrebbe variare l'angolo di conduzione, regolandosi in modo da mantenere costante il valore efficace di uscita. Il regolatore che ho provato a realizzare fa proprio questo (con normale regolatore pid) e funziona bene.

che significa ad anello aperto?

Non ci sono 27 pid e non ci sono 27 elementi di misura?

Il regolatore originale non è ad anello chiuso, ma fa solamente una misura della tensione di alimentazione del regolatore, tentando poi di indovinare l'angolo di conduzione corretto per stabilizzare la tensione di uscita (cosa che fa, ma non troppo bene).

Ogni unità è composta principalmente da 6 moduli:

- alimentatore

- scheda a microprocessore di regolazione

- 4 schede di canale con controllo dell'angolo di conduzione

Sull'alimentatore ovviamente nulla da dire. Le schede di canale sono composte dall'elemento di potenza (doppio scr), i trasformatori di impulsi, gli stadi pilota e lo stadio di generazione degli impulsi. La scheda di canale è pilotata mediante riferimento 0-5 V generato dalla scheda a microprocessore. Il riferimento determina in maniera semplice l'angolo di sfasamento degli impulsi di pilotaggio degli scr. Se elimino la scheda a microprocessore e invio un segnale 0-5 V alla scheda di canale ottengo comunque la regolazione della tensione sul carico, ma senza alcuna compensazione (l'angolo di conduzione dipende solo dal mio riferimento).

La scheda a microprocessore non misura la tensione di uscita dei singoli canali (non vi è cablaggio elettrico), ma solo la tensione di alimentazione (e pure di un canale solo). Mediante tale valore essa tenta di correggere i 4 riferimento 0-5 v inviati lle schede di canale.

Io ho apputo tolto la scheda a microprocessore, e ne ho realizzata un altra che controlla i singoli canali (attraverso il solito segnale 0-5 V), ma stavolta utilizzando un controllo ad anello chiuso, con regolatore pid che legge il valore di uscita (efficace). E questo funziona bene.

Eliminando la vecchia scheda a microprocessore, quello che resta (alimentatore e schede di canale) sembra affidabile e ben concepito. Inoltre si tratta di elettronica analogica, quindi affidabile e di facile riparazione, quindi opterei per mantenerla.

puoi dare il costruttore e il modello dei regolatori?

Io posso anche darlo, non vorrei mettere in cattiva luce un produttore. I regolatori sono degli Eurotherm TU1471/60.

Spero di essere stato esaustivo, se avete dubbi mi spiegherò meglio.

Modificato: 19 maggio 2009 da bit

[Livio Orsini]

Hai un modo abbastanza semplice per risolvere il tuo problema: fare un anello esterno PI per regolare la tensione. Questo anello gera poi il riferimento da dare agli attuali regolatori. Non perdi l'attuale interfaccia con il bus di campo e non devi fare soverchia fatica per le mdifiche. Anche la banda del regolatore non è elevata, presumo che i parzializzatori di fase alimentino le resistenze in monofase, quindi il limite son 20 ms. Anche nel caso di una regolazione 3fasi il limite è 6.6ms, non elevatissimo.

[bit]

L'idea potrebbe essere buona. Va sicuramente reso inattiva l'attuale regolazione ad anello aperto (la scheda comunque effettua una regolazione al variare della tensione di alimentazione), ma la cosa si può semplicemente fare eliminando il collegamento di lettura della tensione di alimentazione da parte della scheda, sostituendolo con una tensione stabilizzata.

Adesso alcune domande: la nuova regolazione PI dovrei farla all'interno del plc (è lui che passa i riferimenti ai regolatori)?Quindi dovrei acquisire i valori efficaci delle tensioni di uscita dei regolatori, con sufficiente precisione e velocità. Immagino che dovrei usare dei moduli di ingresso analogici (27) e dei moduli che mi convertano al tensione efficace 0-400 V in una tensione continua 0-10 V per essere letta dagli ingressi analogici del plc, giusto?

La regolazione è monofase, il limite di 20 ms non è sicuramente un problema. D'altronde esiste anche l'inerzia termica delle resistenze...

L'idea non è male... anche se probabilmente avrà il suo costo.

Per ipotesi, volendo proseguire con l'idea della nuova scheda, con interfaccia profibus, dove potrei trovare sufficienti informazioni sul protocollo profibus per implementarlo nel mio microprocessore?

[bit]

Altro dubbio: un eventuale convertitore da rms a dc, da interporre tra il segnale da misurare e l'ingresso analogico del plc, che banda passante mi garantirebbe? E' chiaro che i 20 ms possono andarmi bene come tempo di chiusura dell'anello, ma bande minori potrebbero cominciare a darmi problemi...

[Adelino Rossi]

Però il problema qualcuno le deve pur risolvere, altrimenti al cliente la macchina andrà sempre male...

Non intendevo creare delle difficoltà ma quando si pone una serie di quesiti di varia natura che non hanno ancora una soluzione certa

ponevo solo l'attenzione sul fattore ""attenzione"".

la domanda più semplice che ci si pone è:

ne esistono altre di macchine uguali funzionanti nel mondo, oppure questa, come si suol dire è nata male oppure è un modello unico?

è evidente che la qualità degli strumenti impiegati è fuori discussione, è il loro impiego che può essere discutibile.

le variazioni di temperatura su di un sistema hanno risposte relativamente lunghe rispetto alle variazioni e possono essere diverse da zona a zona e

diverse per la fase di riscaldamento e la fase di raffreddamento. Negli estrusori di materie plastiche tra corpo estrusore, filtro, tubi di processo e testa di estrusione

ci sono dalle 20 alle 40 zone di riscaldamento ognuna con le proprie caratteristiche, all'incirca lavorano dai 150 - 200 - 250 gradi C°.

per quanto riguarda la regolazione a parzializzazione di fase la variazione mi sembra che l'energia utile uscente non sia lineare per tutto il campo di regolazione.

E' nel passaggio da 300 a 320 V (è ovviamente più veloce è il passaggio e peggio è) che la produzione ne risente.

non puoi effettuare, (a mio parere) variazioni di tensione manuale, e quindi di temperatura con velocità superiore al ciclo termico dell'impianto

formato da sistema di controllo, aumento di temperatura reale sull'elemento riscaldante, trasmissione della temperatura al corpo macchina e infine al fluido o all'oggetto fino all'ottenimento

dell'uniformità di temperatura.

qual'è la temperatura di funzionamento, di quanti gradi sono le variazioni?

Se la regolazione fosse basata sul controllo di temperatura reale sarebbero risolti vari problemi comprese le variazioni di tensione

però non conoscendo la macchina è evidente che l'ipotesi valida è quella attuale di mantenere stabile la tensione.

[Livio Orsini]

L'idea potrebbe essere buona. Va sicuramente reso inattiva l'attuale regolazione ad anello aperto (la scheda comunque effettua una regolazione al variare della tensione di alimentazione),

Qui qualche cosa confligge

Se c'è un anello aperto non c'è regolazione in reazione, se c'è una regoalzione al variare della tensione di alimentazione è un anello chiuso, anzi significa che effettua il controllo che vorresti implementare.

Cerca di chiarire questa discrepanza, altrimenti ogni ragionamento è inutile.

Da quanto scrivi io capisco che, attualmente, la scheda varia l'angolo di fase di innesco dei tyristori in funzione del valore di consegna ricevuto (dal PLC via profibus) e aggiustandolo in funzione della tensione di alimentazione.

Se le cose stanno così i problemi non dipendono dalle variazioni di tensione di rete ma, come suggerisce anche Adelino, da una mancata regolazione di temperatura in anello chiuso (questa è sicuramente, da quanto scrivi, in anello aperto)

Modificato: 19 maggio 2009 da Livio Orsini

[Mario Maggi]

bit,

a costo di essere noioso, verifica che il contenuto armonico non sia eccessivo, prima di prenderti delle responsabilita'.

Se le armoniche ci sono in percentuale consistente e se sono variabili nel tempo e se arrivano dall'esterno della macchina, sara' dura avere stabilita'. Meglio abbatttere un po' e armoniche.

Ciao

Mario

[effebi]

Premetto che non sono un esperto.

Credo che la variabile che dovresti portare in ingresso sia la temperatura, non la tensione. Cioe' dovresti dotatare ogni gruppo di resistenze di una termocoppia (magari con covertitore in profibus, visto che ce l'hai) ed usare questo dato come segnale di retroazione per un PID costruito nel PLC.

Come ha detto Livio le costanti di tempo non dovrebbero essere critiche.

Da quello che ho capito chedo sia corretta l'idea di escludere l'anello di retroazione in tensione interno al regolatore.

In pratica l'attuale regolatore dovrebbe comportarsi solo come amplificatore di potenza.

Poi si trattera' di tarare i parametri del PID nel PLC.

Infine non sottovaluterei affatto cio' che ha detto Mario. Le grosse resistenze regolate a SCR creano in genere un mare di armoniche.

Magari e' per questo che l'attuale regolatore non funziona bene. A me e' capitato che queste madassero in crisi un sistema semplicissimo come un temporizzatore discreto.

L'usare reti digitali al posto di ingressi analogici (comunque non semplicissimi da gestire con le temocoppie) puo' aiutare ad aumentare l'immunita' del sistema ai disturbi, ma sarebbe da valutare l'idea di installare adeguate induttanze di filtro, se non gia' presenti.

Spero di essere stato utile

Ciao

effebi

[bit]

ponevo solo l'attenzione sul fattore ""attenzione"".

Tutto ok, il cliente ha già valutato le strade disponibili. E' chiaro che ogni modifica che farò sarà discussa con lui e vedremo di prendere le precauzioni del caso.

ne esistono altre di macchine uguali funzionanti nel mondo, oppure questa, come si suol dire è nata male oppure è un modello unico?

Dovrebbero esisterne altre, ma per quanto ne so, nonostante la ditta abbia un buon nome nel settore, hanno sempre dato problemi. Bisogna dire che molto dipende anche dal prodotto che il cliente finale deve fare...

Comunque ripeto: il problema è individuato. Basta rendere stabili le tensioni di alimentazione delle resistenze e il problema è risolto.

qual'è la temperatura di funzionamento, di quanti gradi sono le variazioni?

Se la regolazione fosse basata sul controllo di temperatura reale sarebbero risolti vari problemi comprese le variazioni di tensione

però non conoscendo la macchina è evidente che l'ipotesi valida è quella attuale di mantenere stabile la tensione.

Le resistenze lavorano a circa 1400 °C. Il controllo di temperatura sarebbe difficoltoso da attuare (sarebbe difficile riuscire a inserire sensori di temperatura adeguati, per problemi di spazi e di cablaggi), e comunque sarebbe perfettamente inutile realizzare un controllo di temperatura. Le condizioni di funzionamento della macchina sono rigorosamente costanti, quindi non ho perturbazioni esterne che mi influiscono sulla temperatura stessa. Se la tensione di alimentazione delle resistenze è costante lo sarà anche la temperatura.

Faccio un esempio: supponiamo di voler mantenere illuminata una stanza. Se nella stanza ci sono finestre, e non è prevedibile la quantità di luce solare che vi entra, per mantenere un illuminamento costante dovremo istallare un sensore di luce per regolare la potenza della nostra lampadina. Se però la stanza non ha finestre, e vi è istallata solo la nostra lampadina, la regolazione mediante sensore di luce sarebbe inutile, basterebbe mantenere costante la tensione che alimenta la lampadina.

Variazioni alungo termine, dovute a derive, o a mutazioni delle caratteristiche delle resistenze, non influiscono sul processo (e possono essere corrette manualmente dagli operatori). Sono le variazioni a breve termine che compromettono la produzione.

Qui qualche cosa confligge

Se c'è un anello aperto non c'è regolazione in reazione, se c'è una regoalzione al variare della tensione di alimentazione è un anello chiuso, anzi significa che effettua il controllo che vorresti implementare.

La regolazione c'è, ma non è in reazione. E' solo una regoazione feed-forward, in base alla tensione in ingresso. La tensione di uscita non è letta dal sistema di regolazione attuale. Faccio un esempio semplice: io chiedo al regolatore di farmi 200 V in uscita. Lui legge la tensione in ingresso. Se legge 400 V impone una parzializzazione del 50%, se la tensione in ingresso sale a 420 V lui modifica la parzializzazione al 47%. Tutto questo senza leggere la tensione di uscita. E' chiaro che una regolazione del genere può indovinarci, ma è abbastanza critica.

Comunque ho individuato il collegamento attraverso il quale il microprocessore effettua la lettura della tensione, e escludendo il collegamento e sostituendolo con una tensione fissa la regolazione viene disattivata.

Da quanto scrivi io capisco che, attualmente, la scheda varia l'angolo di fase di innesco dei tyristori in funzione del valore di consegna ricevuto (dal PLC via profibus) e aggiustandolo in funzione della tensione di alimentazione.

Se le cose stanno così i problemi non dipendono dalle variazioni di tensione di rete ma, come suggerisce anche Adelino, da una mancata regolazione di temperatura in anello chiuso (questa è sicuramente, da quanto scrivi, in anello aperto)

Esattamente. La temperatura non è controllata. Io voglio chiudere l'anello di regolazione, ma non sulla temperatura delle resistenze (sarebbe complicato da realizzare e soprattutto inutile), voglio farlo sulla tensione di uscita dei regolatori.

a costo di essere noioso, verifica che il contenuto armonico non sia eccessivo, prima di prenderti delle responsabilita'.

Se le armoniche ci sono in percentuale consistente e se sono variabili nel tempo e se arrivano dall'esterno della macchina, sara' dura avere stabilita'. Meglio abbatttere un po' e armoniche.

Prima di prendermi responsabilità effettuerò delle prove. La soluzione la stiamo valutando insieme con il cliente e con i suoi tecnici, non è che mi sono presentato offrendogli la soluzione pronta. Le macchine che provocano i "disturbi" sono state individuate, e il disturbo è quindi riproducibile. Non credo si ci siano problemi di armoniche provenienti dall'esterno, si tratta solamente del picco di assorbimento di un grosso ventilatore di un'altra macchina, che provoca un abbassamento della tensione di rete di una decina di volt (tutto sommato credo accettabilissimo). Tra l'altro non è nemmeno che quel ventilatore venga avviato e fermato elettricamente, il motore è sempre acceso e viene regolato solo mediante parzializzazione dell'aspirazione.

Le grosse resistenze regolate a SCR creano in genere un mare di armoniche.

Questo si, ma allora sarebbe il regolatore stesso a darsi la zappa sui piedi e a funzionare male. Resta il fatto che di una regolazione effettuata ad anello aperto io non mi fido...

Per la chiusura dell'anello di regolazione ho optato per controllare al tensione di uscita dei regolatori. Per regolare la temperatura si dovrebbe procedere a istallare sensori in un ambiente molto difficoltoso, con costosi calbaggi e fermi macchina. La regolazione di tensione è sufficiente per la stabilità della macchina, e la si può fare rimanendo all'interno del quadro elettrico.

Ora la mia domanda è questa: che convertitori dovrei usare per leggere da plc il valore efficace della tensione di uscita dei regolatori? Avranno una risposta sufficientemente rapida per essere impiegati in un controllo ad anello chiuso?

Tornando al profibus, anche a livello di sola conoscenza, si trova documentazione sul protocollo usato?

[Livio Orsini]

che convertitori dovrei usare per leggere da plc il valore efficace della tensione di uscita dei regolatori?

Questo è il vero problema. L'uscita dei regolatori, parzializzata in fase, è tutto fourchè sinusoidale. Un misuratore di vero valore efficace, in queste condizioni, non è facile da avere.

Più semplice sarebbe effettuare una misura in continua, visto che, in pratica, i due valori corrispondono se il segnale viene rettificato e spianato.

Il tempo di risposta del trasduttore-misuratore, entro certi limiti, non è critico. Quello che devi regolare non è certo il valore istantaneo, ma il valore medio in un certo periodo di tempo.

[MAXYUGO]

scusate l'intromissione,

non sono molto pratico, ma non si potrebbe mettere una piccola resistenza (anche dentro al quadro) alimantata in parallelo a

una delle altre, e da questa rilevarne la temperatura, visto che variera' anch'essa con il variare della tensione delle altre?

[Adelino Rossi]

altra verifica.

è stato analizzato lo schema unifilare di potenza delle alimentazioni dei vari carichi.

esiste una cabina di trasformazione in azienda.

la macchina e il grosso carico sono alimentati dallo stesso quadro o da quadri diversi?

rispetto al carico aziendale complessivo la linea di alimentazione generale o il trafo sono dimensionati tirati o abbondanti di potenza.

ho avuto anni fa un problema di avere una tensione stabilizzata al massimo per alimentare una serie di autoclavi.

allora però avevo altri mezzi, un generatore asincrono che regolava agendo sulla eccitazione.

altra ipotesi fare un rilevamento sulla corrente assorbita dalle resistenze, la corrente dovrebbe essere più facile da misurare.

ma non si potrebbe mettere una piccola resistenza (anche dentro al quadro)

questa potrebbe essere una altra idea in quanto potresti riprodurre nel 28 regolatore ora libero, una zona ricreata come immagine

termica simile alle altre, termoregolarla e prenderla come riferimento.

[bit]

Questo è il vero problema. L'uscita dei regolatori, parzializzata in fase, è tutto fourchè sinusoidale. Un misuratore di vero valore efficace, in queste condizioni, non è facile da avere. Più semplice sarebbe effettuare una misura in continua, visto che, in pratica, i due valori corrispondono se il segnale viene rettificato e spianato.

Il misuratore deve necessariamente tenermi conto del valore efficace. Il valore ottenuto mediante semplice raddrizzamento e filtraggio è quello medio, e per l'applicazione non va bene. visto che la forma d'onda non è sinusoidale, ma varia al variare della modulazione, non vi è proporzionalità tra valore medio e valore efficace.

Io pensavo anche di campionare la forma d'onda con un microprocessore, con campionamento ad alta velocità, e poi calcolarmi il valore quadratico medio in maniera digitale. In questo modo avrei il valore relativamente preciso e disponibile ad ogni periodo della forma d'onda.

Il tempo di risposta del trasduttore-misuratore, entro certi limiti, non è critico. Quello che devi regolare non è certo il valore istantaneo, ma il valore medio in un certo periodo di tempo.

Si, ma se il convertitore mi ritarda troppo la misura non mi accorgo delle variazioni istantanee, e comprometto la lavorazione. La risposta della macchina alle variazioni di tensione è abbastanza rapida, se faccio un gradino di tensione, già dopo 1-2 secondi me ne accorgo sulla lavorazione.

Per Adelino: non è pensabile modificare la rete aziendale per rendere stabile la tensione che alimenta la macchina. Magari risolvo il problema, poi tra un anno le fluttuazioni di tensione mi cominciano ad arrivare dalla rete ENEL (e visto che sono contenute nelle normali tolleranze non posso nemmeno rifarmi su di loro) e mi trovo al punto di partenza. E' la macchina che deve essere resa immune alle variazioni di tensione di rete.

[bit]

scusate l'intromissione,

non sono molto pratico, ma non si potrebbe mettere una piccola resistenza (anche dentro al quadro) alimantata in parallelo a

una delle altre, e da questa rilevarne la temperatura, visto che variera' anch'essa con il variare della tensione delle altre?

Di fatto avresti costruito un misuratore di tensione efficace. In passato credo che ne siano stati concepiti strumenti basati su questo principio. Credo che misurare la tensione sia però più semplice.

[Livio Orsini]

Il misuratore deve necessariamente tenermi conto del valore efficace.

Dal punto di vista fisico il valore efficace corrispnde all'effetto termico uguale a quello prodotto da una corrente continua. Si dice che una tensione sinusoidale avente ampiezza picco-picco di 648 V ha un valore efficace di 230 V perchè produce il medesimo effetto termico di una tensione continua di 230 V. Se analizzi la formula di calcolo questo appare evidente.

Se proprio vuoi conoscere il vero valore efficace hai solo due strade: o misuri l'effeto termico su un resistore campione o esegui un elavato numero di campionamenti per ciclo (n => 20) a cui andrai ad applicare la formula per il calcolo del valore efficace. In altri termini esegui:

V_eff = radice((x₁² +x₂² +x₃² +......+ x_n² )/n)

Formula che non è altro che la media quadratica.

Io ritengo che, per quello che devi fare, il valore medio semplice è più che sufficiente però se ti va di complicarti la vita, fai pure il calcolo del vero valore efficace. Però a mio parere son più i guai che i vantaggi, specie per il tipo di regolazione che ti prefiggi. Dovrai usare un dispositivo in grado di masticare bene e velocemente i numeri, un convertitore A/D preciso e veloce e, ultimo ma non non ultimo, attenzione agli spikes.

Probabilmente verrà a costare meno sostituire i regolatori

[thinking]

Forse l'hai già visto questo punto ma se come non l'ho letto...

Se la potenza utilizzata dalla macchina in certi momenti arriva a valori vicini a quella massima fornita all'ingresso sicuramente tutto il sistema andrà in crisi e non ci saranno regolazioni che ti permettano di risolvere il problema.

Ciao

[bit]

C'è margine sufficente. Le resistenze lavorano ad una tensione di circa 300 V.

Per Livio:

8 regolatori nuovi verrebbero a costare 40.000 euro, più l'istallazione, che è tutt'altro che semplice, e il relativo fermo macchina. Credo che di ore lavorative per studiare una soluzione alternativa ne possa impiegare anche molte senza arrivare a spendere tanto...

Tu dici che il semplice valor medio può essere sufficiente. Può anche essere, non lo metto in dubbio, la cosa andrebbe provata.

Per calcolarmi il valor medio, e averlo disponibile alla fine di ogni periodo però è comunque consigliabile effettuare il campionamento a velocità elevata, e effettuare il calcolo digitalmente. Utilizzando un semplice filtro passa basso dopo un adeguato raddrizzatore mi ritarderebbe troppo al risposta.

A questo punto, una volta campionato il segnale (tu dici almeno 20 volte nel periodo, io avrei intenzione di arrivare a oltre 100 campioni per periodo), fare il calcolo del valore medio o del valore efficacie cambia molto poco (si tratta di fare un quadrato per ogni campione).

Mi pare di capire che andare a cercare componenti commerciali che facciano (bene) quello che voglio non è cosa semplice.

Mi avete però dato un idea: posso mantenere la scheda di controllo attuale, utilizzandola per l'interfacciamento profibus, rendendone inattivo il sistema di regolazione. A questo punto la scheda genererebbe solamente 4 segnali analogici di riferimento, senza alcuna compensazione. Io posso deviare questi segnali su una nuova scheda aggiuntiva a microprocessore, dove acquisisco anche le tensioni di uscita ed effettuo la regolazione ad anello chiuso. Le uscite analogiche del nuovo regolatore saranno poi inviare alle schede di canale, che effettuano la modulazione.

Resto dipendente dalla scheda profibus attuale, che avrei preferito eliminare, ma almeno posso concentrarmi solo sul problema regolazione...

[Livio Orsini]

Non devi fare la correzzione sul periodo, ma sul trend. Cercando di regolare sul periodo tutto quello che puoi ottenere è instabilità.

Modificato: 21 maggio 2009 da Livio Orsini

[bit]

Ehmm.. potresti spiegarti meglio? Cosa significherebbe?

Perchè effettuare la misura, e i relativi calcoli di regolazione, una volta al periodo (ogni 20 ms, ovviamente sincronizzati con la rete) non dovrebbe funzionare?

[Livio Orsini]

una volta al periodo (ogni 20 ms, ovviamente sincronizzati con la rete) non dovrebbe funzionare?

Spiegato in modo elementare e banalizzando i concetti.

Perchè useresti un'informazione "vecchia" per correggere una situazione (nuovo periodo) che potrebbe essere completamente differente.

Prova a ragionarci un poco, se hai un minimo di esperienza di regolazione lo capirai. Se hai le conoscenze teoriche sufficienti puoi divertirti a compiere un'analisi del sitema e troverai la conforma.

Poi, sempre con il pessimismo dell'esperienza, se pensi di fare 100 campionamenti, con 100 elevazioni al quadrato, più la risoluzione di 100 somme, una divisione ed un'estrazione di radice in meno di 20 ms, hai ipotizzato quale deve essere il massimo tempo di conversione dell'A/D Converter?

[bit]

Beh, l'informazione che si va ad usare in un controllo ad anello chiuso digitale è sempre e comunque "vecchia", riferendosi al ciclo precedente. Inoltre, quale che sia la compensazione calcolata, verrà attuata dallo stadio di potenza solo al ciclo successivo. E' chiaro che il limite di banda del mio sistema saranno appunto quei 20 ms.

Intendi dire che dovrei ridurre il tempo di ciclo del mio regolatore? E su che informazione si andrebbe a basare? Solo sulla media di una porzione di onda? O sugli ultimi 20 ms?

Il discorso è interessante, credo che comunque possa essere messo a punto in fase di collaudo, in fondo si tratta solo di software.

Riguardo alle prestazioni di velocità, intendendo usare un microprocessore da 10 MIPS, avrei questi tempi indicativi per le varie operazioni:

- Campionamento di 1 canale (10 o 12 bit): 12 us (secondo i datasheet potrebbe fare anche leggermente di meglio, l'adc è dato per 200Ks al secondo)

- Gestione ADC, calcolo quadrato (a 24 bit), somma a 32 bit: 5 us (50 istruzioni)

I due tempi citati sono parzialmente sovrapposti (i calcoli su un campione posso farli dopo aver già avviato il campionamento successivo), si riesce in questo modo a gestiore un campionamento completo in circa 15 us. Posso quindi fare circa 65000 campioni al secondo, pari a 1300 campioni in un periodo di 20 ms. Ce n'è per campionare tutti i 4 canali di un regolatore.

I calcoli della radice quadrata e dell'algoritmo pid mi occupano circa 500 us (5000 istruzioni). A farli ogni 20 ms, anche considerando l'impegno del processore per l'interrupt di campionamento (5 us ogni 15us), ne avanza ancora per fare tutti i 4 canali.

Come prestazioni di velocità non credo di avere problemi...

[oiuytr]

Anziche' leggere la tensione potresti leggere la corrente tramite TA con uscita 4-20mA o 0-10V; visto che i carichi sono resistenze con la legge di Ohm ne ricavi la tensione.

[Livio Orsini]

E' chiaro che il limite di banda del mio sistema saranno appunto quei 20 ms.

No è più lento. Purtroppo non si può condensare un corso di controllo con tecniche numeriche in poche righe di un messaggio

O sugli ultimi 20 ms?

No dovresti aumentare di almeno un ordine, 200 ms, ma forse è ancora troppo veloce.

..in fondo si tratta solo di software.

No! Si tratta della strategia della regolazione.

....ne avanza ancora per fare tutti i 4 canali.

Conosci l'aneddoto dei conti senza l'oste? Sei stato molto ottimista.

Comunque, in ultima analisi, sei tu quello che ha sottocchio tutto il problema e sei tu quello che deve realizzarlo, quindi se a te va bene così, sta bene anche a me

Modificato: 23 maggio 2009 da Livio Orsini