Regolazione per controllo di profilo (guida bordo)

[ken]

Buon giorno.

dovrei realizzare un controllo in un plc Tia1500 per mantenere allineato il bordo di un nastro in lamiera che viene svolto.

il sistema è così composto:

• Sensore analogico da posizionare sul bordo del materiale. materiale al centro del sensore mi darà riferimento 12mA, tutto da una parte 4mA, tutto dall'altra 20mA.
• Valvola proporzionale per gestire l'allineamento dello svolgitore che avverrà con un pistone
• Sensore di posizione profinet che mi restituirà la posizione dello svolgitore e anche la velocità di traslazione.

Pensavo di utilizzare un blocco pid (PI) confrontando il segnale analogico di posizione con 0 (verrà scalato in percentuale da -100% a +100% per mia comodità).

L'uscita del regolatore per pilotare la valvola proporzionale. 

essendo la velocità linea massima 330mt/min pensavo di ponderare il guadagno proporzionale in funzione della velocità linea.

Questa parte mi sembra corretta, accetto comunque critiche e consigli!

 

la parte su cui ho dei dubbi è a valle del regolatore. Se avessi una valvola proporzionale tipo moog sarei più contento. avendo una proporzionale diciamo tradizionale ho paura di crearmi "sovracomepensazioni di errore" perchè la valvola potrebbe non rispondere in modo efficace al mio comando.

 

pensavo perciò di aggiungere un secondo anello di regolazione di velocità sfruttando il feedback di velocità fornito dall'encoder,per dare più rigidità al sistema. Essendo l'attuatore finale un pistone  e non un motore pensavo a questo:

 

(nell'immagine a valle del secondo regolatore c'è un blocco "sistema" che è stato inserito per errore)

 

Nel secondo PI regolo l'errore di velocità che andrà poi a essere sottratto al riferimento principale.

Oppure dite che è cosa più giusta portare il riferimento di velocità che esce dal primo regolatore (quello dell'errore di posizione) diretto nel secondo PI come se fosse una regolazione di velocità di un motore?

 

Modificato: 3 ottobre 2020 da ken
cancellata immagine errata

[Livio Orsini]

Non so se ho compreso bene.

 

Tu con valvola Moog intendi una valvola con controllo di posizione interno, ovvero una valvola a cui se dai, ad esempio, un riferimento +10V apre tutto avanti, mentre se dai un -10V di riferimento apre tutto indietro. E corretta lamia supposizione?

 

Mentre tu hai una valvola proporzionale ad anello aperto, ovvero con il riferimento controlli solo la velocità ed la direzione del cassetto. E corretta anche questa mia supposizione?

 

Se è così ti necessita non un controllo di velocità, ma un controllo di posizione. Solitamente nella valvola c'è inserito un trasduttore LVDT che ti da la posizione del cassetto.

 

Conosci il tipo di valvola che dovrai usare? Se puoi mettere il link al datasheet è anche meglio.

 

[ken]

Lunedì lo posto. Mi sembra abbia il feedback di posizione. 

Moog è un tipo di servo valvola, molto performante. Non so se abbia un controllo interno o meno. 

[Livio Orsini]

Moog, almeno da quanto ricordo, ha tutti e due i tipi di valvole: con anello interno di posizione e senza anello interno. Tra l'altro la sede di Moog italiana è circa 4 km da casa mia.

Certo sono tra le migliori per prestazioni ed affidabilità. Anche parker offre ottime soluzioni pervalvole e cilindri; io non sono un esperto di oleodinamica, queste poche nozioni le ho imparate da un amico/cliente, specialista in questi apparati, con cui realizzai parecchie automazioni.

[ken]

Scheda tecnica valvola proporzionale

in particolare il codice dovrebbe essere DSE3J-A30/31N-E1K11A quindi

• centri aperti
• 30 litri minuto
• 4-20ma
• con abilitazione esterna 24Vdc

Suggerisci quindi di utilizzare il pin F (monitor in corrente 4-20ma) al posto del feedback di velocità dell'encoder?

Diventerebbe questa la regolazione?

Modificato: 5 ottobre 2020 da ken

[Livio Orsini]

Questa è una valvola che riceve un riferimento di posizione ed esegue il posizionamento.

Ti da la possibilità di avere un anello esterno di posizione, per migliorarne le caratteristiche di risposta.

Tieni presente che se vuoi usare questa possibilità devi avere un anello di regolazione estremamente veloce: così in prima approssamazione penserei a tempi di campionamento dell'ordine di 1ms, però dovrei studiare meglio il datasheet della valvola e vedere se ci sono tutte le informazioni necessarie.

Tieni presente che alla valvola dai un riferimento di posizione, non di velocità.

 

Con quale dispositivo pensi di effettiuare le regolazioni?

[ken]

Il 3/10/2020 alle 11:59 , ken ha scritto:

dovrei realizzare un controllo in un plc Tia1500 per mantenere allineato il bordo di un nastro in lamiera che viene svolto.

PLC. ho una cpu 1513. a 1ms non penso proprio di poter arrivare.

utilizzerei la funzione pid compact che è di fornitura siemens

[Livio Orsini]

5 minuti fa, ken ha scritto:

PLC. ho una cpu 1513. a 1ms non penso proprio di poter arrivare.

 

Se non vai veloce a sufficienza, rischi di peggiorare le cose.

Io eviterei di implementare questo secondo anello.

Gia dovresti andare veloce con il primo anelleo, per esperienze personali penso a campionamenti dell'ordine dei 10mse non più di 20ms; se realizzi un anello interno devi stare un ordine più veloce, quindi 1ms 2ms al massimo.

[ken]

Aggiungere l'anello esterno è un'idea che mi è venuta pensandoci sopra. la mia paura è la sovra regolazione; ho paura di andare oltre il punto di apertura che mi serve e quindi di dover correggere l'errore generato dalla correzione esagerata, innescando così un effetto pendolo.

Fino a che l'errore è lieve penso che tutto potrà funzionare bene senza fare l'anello di posizione. con errori più grossi invece ho paura che succeda quanto ho scritto sopra, vuoi per i tempi di apertura/chiusura valvola, vuoi per altri ritardi.

[ken]

2 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Io eviterei di implementare questo secondo anello

Grazie del suggerimento. per non dover inventarmi le cose in cantiere penso di prepararlo lo stesso. lo metto nel software senza utilizzarlo e poi magari, se avrò tempo, una prova posso farla, giusto per esperienza.

[Adelino Rossi]

se ricordo bene, in molte situazioni di posizionamento veloce e preciso, nelle centrali elettriche, regolazioni di turbine,  ho trovato impiegati circuiti di regolazione con valvola e lvdt regolati con un circuito dedicato indipendente a microprocessore. Performante sia in risposta che in posizione. Poi DCS o plc danno i riferimenti di velocità da supervisione. 

[ken]

Avevo guardato anche per quella possibilità.

Il produttore della valvola ha delle schede a catalogo ma servono per le valvole senza elettronica integrata.

questa ha elettronica integrata quindi gli amplificatori ad anello chiuso del costruttore non possono essere utilizzate.

[Livio Orsini]

2 ore fa, Adelino Rossi ha scritto:

circuiti di regolazione con valvola e lvdt regolati con un circuito dedicato indipendente a microprocessore

 

Questa valvola ha già questo anello interno anche se, probabilmente, è tutto in nalogico.

 

2 ore fa, ken ha scritto:

lo metto nel software senza utilizzarlo e poi magari, se avrò tempo, una prova posso farla, giusto per esperienza.

 

Fai molta attenzione.

Già i PID di biblioteca siemens essendo per impieghi generali non sono il massimo per regolazioni così veloci.

Inoltre se stai sui 10ms per l'anello di posizione del guidabordo, l'anello più interno dovrà essere necessarie di un ordine più veloce. Se i due anelli son troppo ravvicinati rischi di entrare in una sistuazione da cui è difficile uscirne, specialmente se non hai esperienza di regolazioni veloci in cascata.

Io ti consiglierei di dedicarti ad ottimizzare al meglio l'anello di posizione del guidabordo, che già quello potrebbe darti qualche problema.

Il regolatore di posizione del cassetto valvola va a lavorare in parallelo al suo interno e se non è più che ottimizzato e ben fatto, rischia di scompensare tutto.

Personalmente o molti dubbi che si possa fare bene con un PLC. Poi magari verrò smentito dai fatti.

[ken]

15 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Già i PID di biblioteca siemens essendo per impieghi generali non sono il massimo per regolazioni così veloci.

Vero. questi però sono nuovi o meglio dovrebbero essere nuovi blocchi funzione. spero siano migliori rispetto al vecchio FB41.

per il resto mi hai convinto. farò cablare lo stesso il feedback, male non fa.

[emanuele.croci]

Ciao,

Io di solito per migliorare questo tipo di controlli cerco di usare nel PID un feedforward ben studiato.

Nelle mie applicazioni (totalmente differenti) con un buon feedforward puoi aumentare la precisione anche di 10 volte ... rispetto al PID puro e semplice.

Però occorre poter fare un modello matematico "ad anello aperto" del sistema.... non so se nel tuo caso sia fattibile.

Ciao Emanuele

[Livio Orsini]

4 ore fa, emanuele.croci ha scritto:

Nelle mie applicazioni (totalmente differenti) con un buon feedforward puoi aumentare la precisione anche di 10 volte ... rispetto al PID puro e semplice.

 

Non sono daccordo.

Il FFW incrementa le prestazioni velocistiche del regolatore perchè, se ben fatto, riduce l'errore, ma la precisione, se un regolatore PID  è ben studiato e ben ottimizzato, non cambia.

I limiti di precisione sono dovuti, essenzialmente, alla precisione del trasduttore ed alla quantizzazione della misura, oltre agli errori di troncamento nei calcoli.

L'idea che il FFW possa aumentare la precisione del regolatoree nasce da un "falso". La precisione sembra aumentare solo perchè la risposta del regolatore è molto più veloce. Però se si osservasse la sola risposta al gradino unitario, si noterebbe, a regime, un'identica precisione, solo con tempi molto differenti.

 

Poi PID è una definizione generica; un buon controllista sa come fare varianti che adattano le 3 funzioni fondamentali al distema da controllare.

 

Da ultimo, io sono quasi un fanatico del FFW, quasi mai mi baso solo sulla regolazione da retroazione.