Regolazione Tiro Su Svolgitore A Ballerino

[gplombardi]

Salve a tutti,

ho una macchina che applica un film su una superficie tramite rulli laminatori.

La bobina di questo film è montata su un albero folle,dotato di frizioni regolabili per impostare un tiro fisso.

Il problema è questo:quando la bobina è molto grossa,l'inerzia della stessa è elevata e il film risulta troppo teso anche a freni lenti.

Al contrario quando la bobina si rimpicciolisce occorre utilizzare i freni,altrimenti il film non si stende.

Per rimediare in maniera molto semplice a questo problema, stavo pensando di motorizzare il rullo porta film,di controllarne la posizione tramite ballerino,che però non lascerei libero,ma lo collegherei ad un cilindro pneumatico, la cui forza si opponga alla direzione di laminazione;

Per spiegarmi meglio:l'inverter muove l'albero affinchè il ballerino rimanga sempre nella posizione centrale,nel mio caso se si alza rallenta,se si abbassa accelera.Per imprimere un pò di tensione al film,applico una forza al ballerino che tenda ad alzarlo e che quindi si opponga ,in maniera proporzionale alla pressione applicata,all'azione di accelerazione del rullo.

Probabilmente ho scritto un poema per un'applicazione banale,che magari ho reso complicata io .

Comunque la mia domanda è:può funzionare?

Grazie.

[Lucky67]

Il "principe" di queste cose è sicuramente Livio. Io però invece del ballerino metterei una cella di carico in modo che una volta settato il set point del tiro, lo stesso sia sempre costante.

[Livio Orsini]

Per spiegarmi meglio:l'inverter muove l'albero affinchè il ballerino rimanga sempre nella posizione centrale,nel mio caso se si alza rallenta,se si abbassa accelera

Prima cosa. Scegliere un asincrono con inverter per azionare uno svolgitore è una pessima scelta. Questa scelta può essere pagante se, e solo se, l'inverter ha il DC bus in comune con altri azionamenti.

Se l'inverter è, come nella quasi totalità dei casi, con DC bus isolato allora per la quasi totalità del lavoro il motore andrà a scaldare il resistore del gruppo di frenatura dell'inverter. Il gruppo di frenatura per queste applicazioni è indispensabile e deve essere dimensionato generosamente.

Sostituire l'attuale regolazione a frenatura meccanica, con un motore in cc alimentato da un convertitore a SCR totalcontrollato monofase, è la scelta più economica e darà sicuramente dei buoni risultati, vista la macchina.

Ricordiamoci che i motori in cc son più robusti di quanto si racconta oggi. Per circa mezzo secolo son sti gli unici azionamenti disposnibili, con controllo di velocità e coppia, per ralizzare macchine ed impainti. Ci sono ancora decine di migliaia di macchine ed impianti che lavorano in modo soddisfacente e che impiegano motorizzazioni in continua. Il motore in continua è un purosangue da coras, l'asincrono è un castrone da tiro.

Per poter stimare meglio la motorizzazione necessaria bisognerebbe avere tutti i dati dello svolgitore, tempi di accelerazione e frenatura, velcoità di linea.

L'idea di controllare in velocità tramite un ballerino è la più semplice e, probabilmente, la più redditizia.

Che il ballerino sia caricato per forza di gravità o caricato da un pistone pneumatico, le cose non cambiano. Se la meccanica è appena decente, ed il controllo pure, la tensione del materiale sarà rigorosamente costante. Cosa che non può avvenire con regolazione da cella di carico.

Il ballerino svolge anche una funzione di ammortizzatore.

Durante un transitorio tenderà a muoversi in su o in giù, però la tensione del materiale rimane pressocchè costante.

nelle medesime condizioni con regolazione a cella di carico ci sarà una variazione di tensione. la variazione sarà di ampiezza maggiore o minore, di durata maggiore o minore, in funzione della bontà del regolatore e della sua prontezza di risposta.

Modificato: 26 maggio 2012 da Livio Orsini

[gplombardi]

Grazie per le risposte!

Livio,vorrei approfittare per chiderti alcuni chiarimenti:

mi dici che il controllare in velocità con il ballerino può essere una buona idea,non capisco perchè questo controllo non lo posso realizzare con un asincrono più inverter:essendo un controllo in velocità non ho il problema della continua dissipazione di potenza che avrei utilizzandoli in controllo di coppia, o no? Utilizzando un inverter con pid integrato dovrei riuscire a gestire la posizione del ballerino e a sfruttare il ballerino stesso per adattare la decelerazione alla taglia dell'inverter.Che ne dici?Insisto su questa tipo di azionamento perchè come puoi ben immaginare,è più facile reperire il materiale(che tra l'altro ho già) ed ho più esperienza.

Altra domanda:ho capito che ritieni il controllo a ballerino un ottimo sistema per il controllo di tiro costante,ma come faccio a regolare questo tiro? Va bene il discorso del cilindro collegato al ballerino?Se il ballerino è libero come faccio a variare la tensione che applico al materiale?

Grazie ancora,ciao.

[Livio Orsini]

Forse un giorno vedrà la luce il mio "Compendio sui controlli di avvolgitura" che sto scrivendo da anni, ma che non trovo mai la voglia di terminare, ed allora tutte queste domande avranno una risposta.

1. Uno svolgitore lavora quasi costantemente in frenatura, tanto è vero che avete previsto un semplice freno meccanico. Quando un azionamento asincrono frena non recupera energia in rete a meno di usare un inverter rigenarativo, dispositivi poco diffusi e ancora piuttosto costosi. Questo non dipende dal fatto che il controllo sia effettuato sulla coppia o sulla velocità. Alla fine l'azionamento, che è stupido, finisce per controllare la coppia anche se non lo sa. Per mantenere il tiro costante bisogna che la velocità del materiale, sull'avvolgimento, sia inferiore a quella del materiale sul primo strumento di traino (pulegggia, pinch roll, capestano, etc.). La differenza di velocità dipende dall'allungamento del materiale, che a sua volta è funzione dela costante fisica del materiale stesso e del tiro applicato. Persino materiali giudicati inestensibili, come mylar e carta, hanno una seppur piccolissima defermazione. Per mantenere questa tensione lo svolgitore è trascinato. Se la forza dovuta al tiro è maggiore degli attriti naturali, ci deve essere qualche dispositivo che introduce una coppia resistente. Nel caso dello svolgitore motorizzato è il motore che si trasforma in generatore. Siccome nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si strasforma, l'energia meccanica spesa dal traino si trasforma in energia elettrica generata dal motore (generatore) dello svolgitore. Con un motore in cc, alimentato da un convertitore reversibile, questa energia si riversa facilmente in rete. Nel caso di un asincrono con inverter questa energia fa innalzare il valore di tensione del DC bus. Se niente interviene a dissiparla quasi istantaneamente l'inverter si blocca per "overvoltage" sul DC bus. Ecco le ragioni per cui necissta di un gruppo di frenatura in grado di dissipare tutta l'energia. Nel caso di un grosso svolgitore, con tiriri rilevanti si devono dissipare parecchi kW! Insomma sembra le resistenze di frenatura di una vettura tranviaria.
   
2. Un motore in cc con convertitore totalcontrollato monofase lo reperisci facilmente e, probabilemnte, ti costerebbe meno di un discreto inverter con gruppo di frenatura. Per un PID chi ti vende il convertitore ti vende per poco una scheda PID adatta. Mettre a punto un sistema così è più facile che metterlo a punto su di un inverter con scheda (funzione) integrata.
   
3. Per variare il tiro del ballerino, se opti per il pistone fluidico che preme, è facilisimo. basta usare una valvola proporzionale con comando 0 - 10 V; con un potenziometro regoli il tiro a tuo piacimento. Ovviamente la valvola deve essere di qualità decente, ma anche il cilindro ed il pistone. Chi ti fornisce il cilindro in geenre ti fornisce anche le valvole.
   

Se pubblichi tutti i dati meccanici della macchina, forse posso anche darti qualche informazione più dettaglaita.

Chissà perchè bisogna farvi delle mega flebo di penthotal sodico per avere i dati; in fin dei conti il problema non è di chi risponde ma di chi domanda.

Modificato: 27 maggio 2012 da Livio Orsini

[gplombardi]

Scusami,hai ragione.

Forse proprio perchè non la ritengo un'applicazione particolarmente gravosa,ho dato per scontato che bastasse un sistema inverter + motore asincrono.

Allora,questi i dati salienti:

velocità di lavoro :20 m/min

Peso bobina film da svolgere 60-65 kg

Diametro massimo 270 mm

Diametro minimo 105 mm

Il funzionamento non è continuo,ma spezzettato (il film viene applicato su pannelli separati) in intervalli di 3,5m massimo.

Non ho ancora quantificato l'entità del tiro da imprimere a questo film,ma come detto in precedenza, la forza esercitata dall'inerzia della bobina massima è già troppo elevata,per cui dovrò avere un range di regolazione inferiore a questo.

Credo siano sufficienti,se manca qualcosa dimmelo.

Grazie ancora.

[Livio Orsini]

Così, dai dati che riporti, sembra una macchina tranquilla.

Rapporto diametri circa 1:2.6, velocità del materiale bassa.

L'unico problema potrebbe derivare dalle accelerazioni-decelerazioni che intuisco siano piuttosto frequenti visto che parli di "spezzettamento".

Penso che sia sufficiente la sola azione PI e ventualmente riparamentrizzata dalla velocità di linea. Se questo tipo di regolazione ti è sconosciuto ti consiglio di elggerti il mio tutorial sulle regolazioni (lo trovi nella sezione didattica, sottosezione elettrotecnica); se poi hai dei dubbi basta esprimerli che cercherò di dissiparli.

[gplombardi]

Non manchero )

Grazie!

[valeprog]

SALVE......è un problema questo che ho risolto installando un sensore a ultrasuoni, il quale, effettuando continuamente la misura del diametro del rullo andava ad inviare la sua uscita analogica 4-20 ad una valvola pneumatica proporzionale con ingresso 4-20 ma. Fai attenzione alle pendolazioni che si potrebbero avere in questo tipo di sistemi dando all'inverter il giusto guadagno al fine di compensare le oscillazioni.

[ader]

Allora,questi i dati salienti:

velocità di lavoro :20 m/min

Peso bobina film da svolgere 60-65 kg

Diametro massimo 270 mm

Diametro minimo 105 mm

Il funzionamento non è continuo,ma spezzettato (il film viene applicato su pannelli separati) in intervalli di 3,5m massimo.

Non ho ancora quantificato l'entità del tiro da imprimere a questo film,ma come detto in precedenza, la forza esercitata dall'inerzia della bobina massima è già troppo elevata,per cui dovrò avere un range di regolazione inferiore a questo.

Dalla descrizione di funzionamento e dati penso che dovrai controllare per la soluzione del tuo problema le seguenti situazioni:

Applicazione start stop , entra in gioco sul tiro da dare al film la compensazione di inerzia della bobina e del motore da applicare funzione del diametro stesso.

La bobina varia di diametro , devi gestire la coppia di frenatura funzione del diametro per avere tiro film costante.

T=C/(D/2) al diminuire del diametro devi diminuire la coppia di frenatura.

Do not wary be happy , la soluzione c'è , come da te accennato , il ballerino , controllato in posizione da anello velocità del motore da applicare alla bobina.

Il riferimento di velocità da dare al motore , possibilmente dc , è la somma del riferimento di velocità del pannello da ricoprire con il film , (penso sia rampato) + l'errore di posizione del ballerino che puoi realizzare con un semplice potenziometro lineare o angolare che genera 0 V quando è nella posizione centrale della sua corsa di escursione e +10V e -10V quando è ai due estremi.

Il tiro da dare al film sarà il peso del rullo ballerino mosso dal film poichè ci poggia sopra , se lo vuoi regolabile puoi mettere o togliere dei pesi agli estremi del rullo rinviati su pignone e catene.

In questo modo il tiro sarà quasi costante , generato dal peso del rullo , e l'inerzia del rotolo e motore sarà vinta senza calcolarla per stare in controllo di velocità dal motore stesso e il diamtro variabile della bobina non influenzerà la regolazione.

Modificato: 12 giugno 2012 da ader

[gplombardi]

Grazie per le risposte,

con la macchina sono ancora in fase di progettazione meccanica per cui avrò dei feedback solo più avanti..

Per quel che riguarda la parte elettrica però ho ancora qualche dubbio:

mi consigliate tutti di utilizzare un motore in cc e di pilotarlo con un riferimento dato dalla somma algebrica della velocita di macchina e della posizione del ballerino.

Questo riferimento applicato ad un normale azionamento in cc sarebbe già sufficiente,senza bisogno di integrare delle funzioni PID?

Spiego meglio: ho un motore in cc SIBONI con DT accoppiata ed un azionamento AXOR masterspeed che utilizza appunto come retroazione la DT.

Se a questo azionamento mando come riferimento quello che abbiamo ipotizzato,l'azionamento è già in grado di mantenermi la posizione del ballerino,oppure no?

Grazie ancora,ciao

[ader]

Se rilevi il diamtro dello svolgitore del film plastico (con sensore ultrasuoni) e gli dai un riferimento di velocità angolare "w" funzione della velocità del pezzo "v" da rivestire con il film allora la posizione del ballerino la devi sommare direttamente al riferimento di velocità senza anello di posizione.

v=w*D/2 --> w=v/D*2+posball v=riferimento velocità pezzo da rivestire ; posball=posizione rullo ballerino.

[Livio Orsini]

Con quei rapporti diametro è inutile complicarsi la vita con misure del diametro che possono anche procurare qualche guaio. E' più che sufficiente far fare tutto al ballerino.

Sommare la posizione del ballerino al riferimento di velocità è una delle cose peggiori che si possonio fare.

Ogni tanto mi è capitato di vedere macchine arrangiate in questo modo, con prestazioni ridicole.

Evitare il feedforward è possibile, evitare una regolatore PI(D) sul ballerino è veramente sconveniente.

Una scheda PID analogica costa poche decine euro ed è abbastanza facile da ottimizzare. Sicuramente non costa di più di un trasduttore a ultrasuoni, è più affidabile ed ottieni risultati decisamente migliori.

[ader]

Ma si è tenuto conto che è un sistema start/stop?

Il PI(D) di posizione del ballerino nel funzionare , avrà in pancia anche la variazione del diametro della bobina , cosa succede nella condizione di stop prima dello start?

Non penso possa funzionare , la condizione migliore è fare la compensazione del diametro della bobina sul riferimento di velocità lineare per inseguire il foglio e avere come dice Livio il PI(D) sull'anello di posizione del ballerino in somma al riferimento di velocità del foglio compensato con il diametro della bobina.

[Livio Orsini]

Se la regolazione è eseguita in modo corretto il ballerino fa si che l'aspo si fermi in tiro con ballerino in posizione neutra. Se a motore fermo "spancia" il regolatore non è un regolatore!

Anche all'avviamento non appena l'azionamento diventa vivo il ballerino comanda il recuopero indietro per mettere in tensione il materiale.

Questo è un aspo comandato in velocità!

Misurare il diametro e dare feedforward e correzioni proporzionali al diametro, oltre che alla velocità del materiale, si fa quando il rapporto diametri è almeno >3, altrimenti è una spesa inutile (di tempo e danaro).