Controllo Motore Asincrono - Scelte Hw

[Iseo84]

Salve a tutti, sono nuovo del forum anche se vi seguo da circa un mese ormai...cerco di esporvi il mio problema sperando che possiate darmi qualche consiglio.

Devo progettare un controllo di velocità per un motore asincrono di piccole dimensioni; la velocita del motore deve dipendere dal valore di un sensore laser, e deve avere un tempo di risposta molto rapido (è una delle specifiche).

Avevo pensato ad un PLC monoblocco (è cosi che ho trovato il sito...) però penso che sia un po esagerato, forse sarebbe meglio un microcontrollore che non ha un costo esagerato (magari si potrebbe acquistare uno start kit).

La macchina che devo controllare è una trattrice per la seta (vi scrivo dal giappone in questo momento, è la mia tesi questa...), il modello su cui sto lavorando e una macchina artigianale (scelta per fare prove senza dovermi preoccupare piu di tanto di far casini) che viene messa in movimento da un unico motore asincrono che mette in moto tutti gli altri meccanismi)

Sono caduto un po nel panico, anche perchè a livello teorico so perfettamente cosa devo fare, ma non ho mai avuto un esperienza sul campo come questa. Qualche consiglio? Che tipo di hw mi consigliate?

[Livio Orsini]

un tempo di risposta molto rapido

Definisci molto rapido, dando un ordine di grandezza in ms o secondi.

Con cosa piloti il motore? Con un inverter a controllo vettoriale?

Cosa esce dal sensore laser? Una tensione variabile? Un codice numerico?

Vedi quanti dati mancano per poter dare una risposta sensata. Descrivi meglio e più compiutamente il tuo problema e le tue ipotesi di soluzione, altrimenti non è possibile darti un aiuto.

PS Da quello che hai scritto sembra di capire che sei uno studente che sta studiando in Giappone; è così? E' solo una curiosità mia.

Modificato: 29 aprile 2013 da Livio Orsini

[Iseo84]

Scusatemi per l'incompletezza della domanda, dunque il motore possiede un circuito di controllo della velocità ad inverter (nello specifico ha control pack ss11-p oriental motor 1A, 100V, 50/60 Hz) su un motore ad induzione (100V 1A 50/60 Hz); al momento il controllo della velocità e manuale, nel senso che la velocita varia agendo sulla manopola dei giri al minuto. (sinceramente non saprei se il controllo è vettoriale o no...sono piu portato a dire si, ma solo perchè osservando meglio il dispositivo noto 8 spinotti disposti a raggiera, ma non vorrei dire una cavolata...)

Dal sensore laser (che rileva imperfezioni sul diametro del filo come ad esempio grumi, ecc ) esce una tensione in base alla quantita di luce rilevata dal ricevitore ( 0-5 V) che viene successivamente digitalizzato (AC/DC) per poter trattare i risultati sul PC.

La mia ipotesi di soluzione è la seguente: Il sensore analizza il filo, se rileva imperfezioni la velocita del motore deve diminuire rapidamente (diciamo che dovrebbe arrivare a fermarsi in 1, 2 sec al max). Mi rendo conto che l' Hw non è granchè, ma come detto nel messaggio iniziale è una macchina artigianale su cui devo fare le prove prima di passare il controllo sulle macchine vere e proprie.

Salve sig, Orsini, si sono uno studente di ingegneria dell'automazione sto facendo la tesi in Giappone su queste stupende macchine, rimaste (per mia fortuna o sfortuna che dir si voglia) al puro controllo meccanico e che devo cercare di "traghettare" nel nostro secolo...purtroppo come dicevo la preparazione accademica non ci prepara tanto al lavoro sul campo e mi sto trovando un po in difficoltà.

[Livio Orsini]

(diciamo che dovrebbe arrivare a fermarsi in 1, 2 sec al max).

Da quello che scrivi, ti serve solo un comparatore di soglia sull'uscita del sensore.; questo comparatore scatta al supeamento di un valore corrispondente al difetto. L'uscita del comparatore comanda lo stop al motore.

Potrebbe essere ralizzato anvhe in analogico con pochissimi componenti.

Che l'azionamento (drive + motore)riesca a fermarsi nel tempo prefissato è funzione dell'inerzia totale riportata all'asse motore e dellca coppia frenante che questo potrà sviluppare.

PS Sul forum ci si considera tutti amici e colleghi, pertanto si usa lìamichevole "tu", indipendentemete da età, titoli accademici e posizione professionale.

[Iseo84]

Ricevuto Livio, (deformazione da studente quella di dare sempre il "lei", se ci aggiungiamo il fatto che sono siciliano il "voi" per me è quasi naturale ) anzitutto ti ringrazio per la risposta scusa se ti rispondo in ritardo ma il fuso orario non perdona (credo che tu stia dormendo adesso).

Ho esaminato il suggerimento che mi hai dato è devo confessarti che non ci avevo pensato proprio al comparatore, forse perchè pensavo già ai controlli successivi da fare sulla macchina, quindi cercherò di fare una panoramica più ampia della situazione:

L'idea è quella di progettare un controllo di velocità del motore variabile in base al diametro del filo che la macchina sta producendo: per fartela breve, il filo di seta ha diversi diametri (denari), la velocità del motore deve variare in base al diametro del filo ( più piccolo diametro piu bassa velocita, per evitare rotture del filo durante la lavorazione); il sensore laser da un determinato valore (range più che altro) in base al diametro del filo, il controllo in base a questo valore deve comandare la velocita del motore.

Quello che ti ho scritto inizialmente era il caso limite, cioè quando si presenta un imperfezione sul filo il motore deve arrestarsi; oggi ho fatto delle prove sulla macchina cronometrando il tempo di arresto agendo manualmente sulla manopola di velocità. In tutti i casi (cioè partendo da una velocità 1\10 di quella max, fino a quella max) il tempo di arresto e <= 1 secondo (1 per la massima velocità)

A questo punto cosa mi consigli? PLC o microcontrollore? Considera che finito questo tipo di controllo potrei cercare di ampliare il controllore anche su altre problematiche.

P.S. Ho fatto le prove considerando il filo piu piccolo che si puo lavorare (14 denari) ma credo che l'inerzia non dovrebbe variare tanto considerando il filo di diametro maggiore che puo essere lavorato.

[Livio Orsini]

Ti rispondo al volo.

Da come descrivi il problema, a mio giudizio, basterebbe un piccolo PLC dotato di 2 ingressi e di 1 uscita analogica, più ovviamente ingressi e uscite digitali.

Oltre a risolvere il problema contingente della regolazione di velocità, avresti anche la possibilità di gestire le sequenze dia utomazione che sicuramente ci saranno.

In seguito, dopo aver studiato e sviluppato il prototipo, potrai decidere se è economicamente conveniente passare ad un controllo dedicato per la produzione di serie delle macchine.

Complimenti comunque. Riuscire dalla Sicilia ad andare in Giappone per lavorare sul loro terreno, automazione del tessile, è già un bel risultato.

[Iseo84]

Grazie Livio per la risposta e per i complimenti, ma è stato tutta una questione di passione (in pochi, sopratutto europei, conoscono l'esistenza di queste macchine, io devo questa mia conoscenza ad anni di ricerca individuale sull'industria della seta), ma come vedi non sono molto afferrato sulla parte pratica del progetto.

Il PLC è stato infatti il mio primo pensiero, anche se le mie conoscenze si fermano ovviamente alla pura teoria; secondo te come dovrei procedere? Ci sono testi, manuali, qualunque cosa (anche in inglese) che posso esaminare e che mi possa dare un aiuto "pratico"?

Ho visto che il sistema di sviluppo cambia in base al tipo di PLC che si considera, secondo te quale dovrei considerare?

Scusa per tutte queste domande, ma dopo un mese che sono qui a brancolare nel buio, comincio a vedere un puntino luminoso...

[Livio Orsini]

Per fare quello che ti serve ora hai bisogno solo delle nozioni fondamentali e di usare un PLC "facile".

Visto che sei in Giappone potresti optare, ad esempio, per il più piccolo della Mitsunbshi.

Per imparare a programamre i PLC, se sai programamre, devi solo prendere confidenza con l'ambiente di sviluppo.

Nella sezione didattica del forum ci sono molti tutorials, corsi e simili sui PLC. Alcuni son dedicati all'ambiente Siemens, come le bellissime videolezioni di Gian Mario Pedrani, altri sono più geenrali.

In quanto a testi non saprei cosa consigliarti, anche perchè non ce ne sono molti e io conosco solo, per sentito dire, quello del Bergamaschi che è basato sullo S7-200.

Probabilmente fai molto prima se tistudi il manuale del PLC che deciderai di usare.

[Iseo84]

Grazie Livio, seguirò il tuo consiglio.

Ho fatto una capatina sul sito della Mitsubisci ed ho trovato (forse) il PLC che potrebbe fare al caso mio. E' uno di quelli compatti della serie FX1S o N, credo che la differenza sia nel fatto che il secondo risulta espandibile; ho anche scaricato i manuali relativi di cui uno dedito all'avvio di programmazione e uno specifico sulla programmazione del PLC Serie Fx.

La settimana prossima proporrò l'acquisto al mio professore giapponese, speriamo che acconsenta, in genere su che cifra si aggirano questi device?

Ti ringrazio infinite, mi sei stato veramente di grande aiuto.

[Livio Orsini]

In euro, qua da noi siamo su poche centinaia per la versione base. Non so proprio in Giappone se costan di più o di meno.

[Iseo84]

Dunque ci sono degli aggiornamenti.

Durante la stesura del layout della macchina mi sono reso conto che il precedente studente (giapponese) aveva fatto acquistare un PLC della keyence (KV700) + scheda A/D a 4 ingressi (KVAD40) per collegarci il sensore laser.

Il tutor giapponese mi ha detto che loro lo usano semplicemente per rilevare il diametro del filo sfruttando la connessione del PLC con il PC. In pratica lo utilizzano in modo errato o quantomeno non al massimo delle sue possibilità.

Ho passato la scorsa settimana a leggermi il manuale del PLC e della scheda, e penso di riuscire ad utilizzare questo per il mio problema (il controllo di velocità in base alla grandezza del filo).

Ovviamente mi serve una scheda DA, il modello che ho visto è a 4 Uscite (KVDA40). Secondo voi bastano 4 uscite per il controllo dell'inverter? ( a me verrebbe da pensare che ne bastano 3 per l'inverter, ma forse sbaglio)

comunque, devo dire che le dispense di Marco Dal Prà mi hanno veramente salvato, grazie a lui ho cominciato a capirci qualcosa...

[Livio Orsini]

Dovrebbe essere sufficiente addirittura una sola uscita analogica, quella per dare il riferimento di velocità.

[Iseo84]

Grazie Livio,

mi scuso per la mia ignoranza ma sono veramente alle prime armi con il plc...speriamo di fare bene.

Oggi abbiamo ordinato la scheda DA, mi hanno detto che ci vorranno una 15 di giorni per averla, nel frattempo posso esercitarmi con la programmazione...

[Iseo84]

Non si finisce mai di fare cavolate...

Oggi mentre facevo (l'ennesimo) controllo della componentistica sulla macchina ho avuto l'ennesima sorpresa...sotto il motore ho intravisto un piccolo dispositivo rettangolare. Un capacitore. Ergo, il motore non è un trifase ma un monofase.

Ora, il motore è controllato mediante un control pack ss11-p della oriental motor, avete un idea di cosa sia questo control pack? A vedere il collegamento (e il nome) dovrebbe essere un dispositivo che ricevuta la tensione dal potenziometro (manopola della velocità) dà la tensione al motore.

Ho provato a cercare i manuali sia del motore che del control pack ma non ho trovato nulla, ho anche inviato una mail al servizio assistenza della oriental motor ma non mi hanno ancora risposto.

[Livio Orsini]

Se disponi di un oscilloscopio puoi vedere la forma d'onda e da li capire di cosa si tratta.

Poi c'è la prova regina: la targa del motore.

Se è un monofase con un carico avente coppia proporzionale alla velocità, come pompe e ventilatori, è possiible regolare la velocità agendo sulla tensione. In pratica il regolatore è un dimmer per carichoi induttivi.

Comunque credo che non tisarà facile avere una regolazione di velocità decente, se la regolazione è di quel tipo.

[Iseo84]

Scusate se riprendo questa discussione dopo un mese, ma mi sono nuovamente bloccato.

Finalmente ho finito la parte riguardante il settaggio dei parametri di partenza (titolo del filo, ecc) e da questi ho creato dei valori di riferimento per la velocità del motore.

Adesso devo passare a creare il "cuore" del problema, ovvero il controllore (preso il mio riferimento di velocità, farci arrivare il motore con un determinato tempo di risposta, ecc). Direi che un PID andrebbe più che bene, e comunque è sempre il primo tipo di controllore che si prova, quindi vorrei iniziare da questo.

Ora, ho letto che di solito i PLC hanno delle istruzioni o blocchi di comando per implementare il PID, tuttavia il mio non le possiede; ho provato a cercare in rete, effettivamente PARE che si possa implementare il PID all'interno del programma utente. Esiste qualche dispensa, info, libro a riguardo?

Livio, da qualche parte, in qualche altro forum mi pare di aver letto il tuo nome circa qualche testo o modalita di programmazione...è possibile?

[Iseo84]

Salve a tutti,

cercando nella sezione didattica ho trovato il file che cercavo sulla progettazione di un PID come subroutine di un PLC di Livio, grazie mille è davvero utile.

Ho però un problema nel capire come realizzare il collegamento tra l'uscita analogica e il motore asincrono monofase; precedentemente Livio mi ha consigliato un dimmer, ma io non ho idea di come venga gestito un dimmer (io ho presente il dimmer a pedale delle lampade per regolare la luminosità, ma non penso si parli della stessa cosa)

Concettualmente parlando, io avevo pensato di far uscire dal PLC la tensione generata dal controllore PID, cosa dovrei cambiare usando un dimmer?

Grazie per l'aiuto.

[Livio Orsini]

Concettualmente parlando, io avevo pensato di far uscire dal PLC la tensione generata dal controllore PID, cosa dovrei cambiare usando un dimmer?

Dovresti cambiare....il tipo di dimmer.

Prima domanda.

Hai provato a regolare manualmente la velocità tramite un dimmer? Perchè, come ti ho scritto prima, la regolazione di velocità di un motore asincrono monofase può essere eseguita in modo decente usando al tecnica del "taglio di fase", se e solo se, il carico del motore ha una richiesta di coppia proporzionale alla velocità.

Se provi manualmente e tutto funziona in maniera decente, allora puoi proseguire su questa strada procurandoti un dimmer comandato da un riferimento in tensione. Se non ne disponi e ti senti in grado di realizzarlo, apri una discussione in proposito sul forum di elettronica. Li, probabilmente, riceverai consigli ed istruzioni per la sua realizzazione. Anzi credo che ci sia già una discussione con un dispsoitivo simile proposto dal nostro Mirko Ceronti.

[Iseo84]

Ciao Livio ti ringrazio per avermi risposto,

purtroppo al momento la regolazione della velocità avviene mediante reostato (in realtà è un potenziometro ma manca il collegamento con il terzo terminale) il quale finisce in un dispositivo di cui nessuno mi ha saputo dare informazioni, (control pack SS11-P della Oriental Motor).

Per quel che ne so potrebbe pure e essere un dimmer, purtroppo è un vecchio dispositivo, non ho trovato nulla in rete e dall'assistenza ho solo ricevuto lo schema di collegamento con il motore. In questa fase la lingua giapponese ha rilevato tutta la sua brutalità

Supponendo di voler bypassare l'attuale regolazione della velocità (potenziometro + dispositivo sconosciuto), cosa devo considerare? Per fare la prova manuale che mi dici, che tipo di dimmer devo comprare?

Scusatemi se vi scoccio a quest'ora, ma bloccarsi proprio ora che sono in dirittura d'arrivo e snervante...

[Iseo84]

Salve a tutti,

ho appena controllato per l'ennesima volta se trovavo informazioni su questo dispositivo SS11-P della oriental motor, beh sembra che sia un dimmer controllato mediante potenziometro, sto già scrivendo una mail all'assistenza per avere conferma.

Se ciò venisse confermato, basterebbe semplicemente staccare il potenziometro e inserire l'uscita della scheda DA del PLC? Oppure devo proprio cambiare dimmer?

Quello che non mi convince e che il potenziometro non genera di fatto una tensione, cioè nella realtà partiziona una tensione che riceve in ingresso in base al valore del cursore sulla resistenza. Sostituendo il potenziometro con l'uscita DA del PLC invece e come se ci "infilassi" un generatore di tensione...non so perchè ma non mi sembra una buona soluzione ed è per questo che non ho provato...

[Livio Orsini]

Se ciò venisse confermato, basterebbe semplicemente staccare il potenziometro e inserire l'uscita della scheda DA del PLC? Oppure devo proprio cambiare dimmer?

I dimmer che nascono con controllo a potenziometro non possono essere pilotati da un livello di tensione.

[Iseo84]

Grazie Livio per la risposta,

quindi devo prendere un altro dimmer...hai qualche modello da consigliarmi?

In rete se ne trovano molti per applicazioni di illuminazione, sono comunque validi per regolare un motore di 40w?

Ad esempio ho visto questo tipo: http://www.futurashop.it/index.php?route=product/product&product_id=3739

[Livio Orsini]

Non si riesce ad accedere ai dati tecnici. Così a sensazione sembra un controllo a triac.

Il dispositivo in oggetto può andar bene, al limite avrai anche un generatore di disturbi.

Però per fare prove va più che bene.

Comunque prima di acquistarlo verifica che sia un regolatore a triac che agise a variazione di fase.

Modificato: 26 giugno 2013 da Livio Orsini

[Iseo84]

Se volessi acquistarlo diciamo "di presenza" in che genere di negozio dovrei provare?

Il fatto e che essendo in Giappone la tensione di rete è diversa quindi preferisco acquistarlo in un negozio "fisico".

Dalle informazioni che ho trovato in rete penso che un negozio di illuminotecnica debba avere questo tipo di device.

Grazie mille per le risposte Livio, sei il mio salvatore.

[Livio Orsini]

Se volessi acquistarlo diciamo "di presenza" in che genere di negozio dovrei provare?

Magazzino di componenti per hobbistica elettronica.

Fossi in USA, direi Radio Shack