Controllo PID svolgitore bobina film plastico

[edoardo1996]

Ciao a tutti, questo è il mio primo post qui sol forum. Quindi spero di non violare nessuna regola ed essere ben accetto.

Vi spiego il mio problema: non riusciamo a controllare in maniera costante la tensione di svolgimento di una bobina di film plastico.

Il sistema è configurato in modo da avere un traino che tira a velocità costante il film in questione. Questo film è posizionato su un aspo motorizzato e, prima di entrare nel traino, passa su un rullo con cella di carico. Sullo svolgitore è posizionato un lettore di diametro per il calcolo della velocità motore in base alla velocità della linea. Scopo del gioco: regolare la velocità dell'aspo in modo da tenere costante la tensione. 

Alcuni dettagli tecnici: il motore dell'aspo è un motore sincrono Siemens 1.1kW, 5.3Nm, 2000rpm,  il riduttore ha rapporto di riduzione 36,21. Il diametro max della bobina può essere 500 o 600mm e il diametro minimo circa 160mm. Il peso della bobina piena non ce l'ho presente ma direi ad occhio sui 150-200kg. 

Il motoriduttore in folle con una bobina caricata e trainata ha, di per se, un tiro intrinseco dovuto agli attriti di 15-20 kg. 

Il tiro richiesto dal cliente può variare da 2kg a 35kg a seconda delle esigenze di processo e tecnologiche del prodotto. 

Il film da svolgere è un film in poliestere molto molto rigido, quasi inestensibile. Questo rende il sistema molto reattivo alle perturbazioni. Ovvero quando gli faccio una correzione in velocità, anche se piccola, il film risponde con una risposta generalmente brusca e veloce. 

Abbiamo configurato il sistema in modo che il motore dell'aspo calcola la sua velocità di "base" di svolgimento tenendo in considerazione la velocità di linea e il diametro della bobina (letto con sensore), poi a questa velocità va ad aggiungere o togliere una certa entità a seconda dell'errore. 

A grandi linee nella mia visione, da non softwarista, proprio per la natura rigida e reattiva del film, mi verrebbe da impostare 1)un tempo di ciclo del controllo molto breve (perchè se aspetto troppo tra una correzione e l'altra, il film ha già fatto in tempo a rilassarsi troppo o a tensionarsi troppo) e 2) dei parametri di correzione blandi (sempre per la sua natura di essere molto reattivo). 

 

Conclusione: abbiamo provato molte configurazioni di PID per controllare la velocità (tra cui anche solo PI e P), abbiamo provato, come tentativo, a mettere il PID sia su coppia e sia su velocità, abbiamo anche provato a mettere una banda morta intorno al valore di tiro impostato dove il pid non regola... ma niente, non riusciamo a mantenere la tensione costante. Questa finisce per ballare troppo (a volte oscillazioni ampie e lente e altre volte oscillazioni meno ampie e più veloci). 

 

Dove sbagliamo? Dove può essere l'errore? Vi viene in mente qualcosa? Ci sono configurazioni di PID "standard" da cui partire per regolare un sistema del genere? 

Grazie mille

[Livio Orsini]

Ho una lunga esperienza nel campo dei controlli di avvolgitura e dalla lettrua del tuo messaggio, non vedo un caso particolarmente ostico.

Per poterti darequalche idea avrei necessità di alcune informazioni:

1. Velocità massima e minima della linea
2. Diametro minimo dell'aspo
3. Tipo di controllore usato.

Il fatto che l'attrito dovuto al motoriduttore corrisponda ad un tiro di 15kg-20kg, mentre il tiro richiesto varia nella gamma 2kg - 30kg può portare a problemi specialmente quando il tiro richiesto eguaglia l'attrito del riduttore, soprattutto se il riduttore ha attrito variabile in funzione della temperatura.

 

Appena mi avrai fornito i dati che ti ho chiesto ti darò qualche informazione sulla configurazione ottimale del regolare di tiro.

 

 

[Ctec]

Io, tanti anni fa, quasi 25, per uno sbobinatore di carta a tensione costante avevo le celle per controllare il tiro, che andavano al servo dell'aspo che era mandato in inverso (cioè voleva ribobinare) e la retroazione definiva il tiro (limitazione di coppia) in modo da averla costante. Usavo il PID in analogica e dopo qualche parametrizzazione aveva un controllo piuttosto efficiente, nonostante la massa inerziale decisamente elevata della bobina, soprattutto a pieno carico (quasi una tonnellata). La tensione si manteneva bella costante per tutto il lavoro.

Il motore era un brushless, non molta riduzione (altrimenti il controllo di coppia è falsato/attenuato dal rapporto di riduzione). Tempi poi di risposta elevati in caso di fine bobina, rottura film o arresto a valle.

[Livio Orsini]

1 ora fa, Ctec ha scritto:

, per uno sbobinatore di carta a tensione costante avevo le celle per controllare il tiro, che andavano al servo dell'aspo che era mandato in inverso (cioè voleva ribobinare) e la retroazione definiva il tiro (limitazione di coppia) in modo da averla costante

 

Andrea qui la situazione è piuttosto differente. per prima cosa la carta ha un'elasicità trascurabile, sicuramente di molto inferiore a quella di un film plastico. Poi quello che nel caso in oggetto è l'attrito dovuto al riduttore inserito tra aspo e motore. Per vincere questo attrito è necessaria una forza che può anche essere 10 volte il tiro richiesto al materiale. Capisci che in questa condizione il motore dell'aspo non deve agire da freno ma da motore per compensare una parte dell'attrito del riduttore.

Quando poi la forza del tiro è nell'intorno della forza dell'attrito la regolazione diventa molto delicata.

Inoltre bisogna conoscere quale è il diametro minimo dell'aspo, perchè se si usa una normale anima da 80 mm la forza che il tiro esercita sull'asse varia di 7,5 da bobina piena a bobina vuota.

Con quel riduttore la velocità angolare massima all'albero lento è pari a 55 rpm, per cui la velocità lineare massima sarà piuttosto bassa.

Con tutta quella riduzione l'inerzia dell'aspo riportata all'albero motre sarà trascurabile anche si il momento d'inerzia dell'aspo è dell'ordine dei 18kgm² quindi non ci dovrebbero essere grossi problemi da questa parte.

Per mia esperienza, e di controlli di avvolgitura ne ho fatti veramente tanti (dalla lamiera di ferro al film plastico per alimenti, dalla carta ai filati per tessuti), i problemi sono generati sempre dall'architettura del regolatore.

 

 

Modificato: 6 aprile 2024 da Livio Orsini

[Ctec]

Si, Livio, lui diceva inestensibile, per cui lo associavo come materiale. Quello che volevo dire era che all'epoca si cercò di avere poca riduzione (se non erro era una trazione a cinghia dentata, quindi roba da max 3:1) e che l'idea era non fare calcoli, ma di sfruttare il motore in traino rovescio e limitare la coppia per garantire il tensionamento.

Davvero, funzionò praticamente alla prima, e le bobine erano pesantissime.

Non mi son messo a fare calcoli coi dati che ha messo, solo suggerire una possibile soluzione basata su un principio diverso.

Lo so che te di 'ste cose ne hai fatte, e infatti sono curioso e sto seguendo la cosa, anche se ora non credo che mi capiteranno più applicazioni simili.

[edoardo1996]

Grazie per le risposte e l'interesse. 

Per rispondere a Livio: 

1) Velocità massima della linea 15 mt/min

2) Velocità minima della linea 5 mt/min

3) Diametro minimo dell'aspo circa 150mm come ho scritto sopra. L'anima è da 6 pollici. 

4) Cosa intendi con "tipo di controllore usato"? Dire che è un controllo PID non è sufficiente?

Da questo punto di vista ci serve una spinta su come impostare il controllo.. 

Scusa ma il mio know-how in automazione è piuttosto basso. Io sono un process engineer (e tecnologo) e mi ritrovo a sbattere la testa sui problemi quando le macchine arrivano al collaudo. Ovviamente si cerca di ragionarci tutti insieme, spesse volte andando anche fuori dai confini della propria area lavorativa. 

Comunque questo problema ci sta facendo grattare la testa, quindi è diventata una sorta di sfida il risolverlo

 

Grazie ancora

[Livio Orsini]

11 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

Cosa intendi con "tipo di controllore usato"? Dire che è un controllo PID non è sufficiente?

 

No.

E  in analogico? Digitale? E un blocco dell'inverter? E una funzione del PLC? (tipo di PLC) Processore dedicato? Altro?

PID significa che c'è un controllo con azione proporzionale, integrale e derivativa, però queste 3 componenti possono interagire tra loro in svariati modi e differenti pesi.

Nel mio tutorial sui controlli, che trovi nella sezione didattica del forum, tratto, anche se in modo molto semplificato, queste possibili configurazioni.

 

11 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

Da questo punto di vista ci serve una spinta su come impostare il controllo.. 

 

Per questo motivo ti ho chiesto che tipo di regolatore state usando.  Se, ad esempio, state usando un funzione preesistente dell'inverternon c'è molto da variare.

 

19 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

sincrono Siemens 1.1kW,

 

Sicuro? Non è un asincrono? Puoi indicare anche il tipo di inverter usato?

 

 

13 ore fa, Ctec ha scritto:

e che l'idea era non fare calcoli, ma di sfruttare il motore in traino rovescio e limitare la coppia per garantire il tensionamento.

 

Per fare questo dovrebbero rivoluzionare la meccanica. Hanno una macchina molto lenta quindi hanno impostato un alto rapporto di riduzione così da minimizzare la motorizzazione.

 

 

[Ctec]

11 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Per fare questo dovrebbero rivoluzionare la meccanica.

... A volte è la soluzione migliore. Non aver approfondito bene in fase progettuale la problematica potrebbe rendere molto difficile la risoluzione dei problemi. Mi è successo che abbiamo dovuto buttare ai pesci "soluzioni" sbagliare e rifare qualcosa da capo. Non che sia il caso, ma analizzare tutte le possibilità è sicuramente utile.

[Livio Orsini]

12 ore fa, Ctec ha scritto:

A volte è la soluzione migliore.

 

Condivido pienamente.

[edoardo1996]

Ciao, per rispondere a Livio. 

il controllo è analogico ed è una funzione del PLC. 

Sicuro, non è un asincrono. E' un Siemens 1FK7060-2AC74-1SG0.

L'inverter è un Parker 890. 

 

PS. Ho provato a scaricare il corso pratico sui controlli nella sezione didattica.. ma il link non è funzionante. 

Modificato: 8 aprile 2024 da edoardo1996

[Livio Orsini]

13 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

il controllo è analogico ed è una funzione del PLC.

 

Questo è un ossimoro🙂 Se è una funzione del PLC non può che essere discreto, essendo il PLC digitale per definizione.

 

Venendo al problema principale.

Siamo ancora da capo, non dai le informazioni necessarie. A parte il fatto che dovresti almeno scrivere modello e marca del PLC, così almeno posso immaginare la filosofia adottata per il blocco di regolazione. Inoltre, anche se tu ti occupi solo del processo, se vuoi delle indicazioni devi darmi dei dati meno sommari; parla con i tuoi colleghi e cerca di trasmettermi almeno la strategia generale adottata.

Se dovessi realizzarlo io questo controllo, darei il riferimento di velocità all'azionamento dell'aspo, calcolandolo in base al diametro ed alla velocità della linea, a cui sommerei algebricamente l'uscita del regolatore PID.

C'è un qualche cosa di simile?

 

13 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

nella sezione didattica.. ma il link non è funzionante. 

 

Questo è uno dei tanti misteri di questa piattaforma. Da quando ci fu il malaugurato incendio del data center, ho rimesso a posto i link almeno 3 volte e, misteriosamente, dopo qualche tempo, vanno a ramengo. cercherò di ripristinarlo al più presto.

 

Purtroppo non posso modificare i link nela sezione didattica, comunque ti metto il link al pdf.

Modificato: 9 aprile 2024 da Livio Orsini

[edoardo1996]

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Questo è un ossimoro🙂 Se è una funzione del PLC non può che essere discreto, essendo il PLC digitale per definizione.

Scusa intendevo che l'ingresso è analogico.. Il PLC è digitale ed è funzione del PLC. 

 

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Siamo ancora da capo, non dai le informazioni necessarie

Caro Livio, ti ho dato tutte le informazioni che mi hai chiesto fino ad ora.

Se mancano dei pezzi ti prego di fare domande, senza scrivere che "siamo ancora da capo"... 

 

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

A parte il fatto che dovresti almeno scrivere modello e marca del PLC

Siemens 6es7136-6db00-0ca0. 

 

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Se dovessi realizzarlo io questo controllo, darei il riferimento di velocità all'azionamento dell'aspo, calcolandolo in base al diametro ed alla velocità della linea, a cui sommerei algebricamente l'uscita del regolatore PID.

E' stato fatto proprio così. L'ho anche scritto in un messaggio sopra. 

 

12 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

comunque ti metto il link al pdf.

Grazie mille. 

[Livio Orsini]

10 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

Siemens 6es7136-6db00-0ca0. 

 

Allora siamo messi male. Se è stata usata la funzione di libreria Siemens, che è una funzione chiusa, allora si può solo agire sui parameteri di quella funzione, ma noin sulla sua architettura.

L'unica cosa possibile è agire sul peso della correzione rispetto al feed forward. Sempre che questa somma venga effettuata esternamente alla funzione, altrimenti bisognarà cambiare l'architettura e fare esternamente il calcolo del feed forward acui sommarela correzione.

Poi sarebbe utile conoscere il periodo di campionamento usato per il PID.

 

11 ore fa, edoardo1996 ha scritto:

ti ho dato tutte le informazioni che mi hai chiesto fino ad ora.

Se mancano dei pezzi ti prego di fare domande, senza scrivere che "siamo ancora da capo"...

 

Forse non te ne rendi conto, perchè i controlli non sono il tuo campo, ma quando io ho scritto:

 

Il 6/4/2024 alle 11:41 , Livio Orsini ha scritto:

Per poterti darequalche idea avrei necessità di alcune informazioni:

1. Velocità massima e minima della linea
2. Diametro minimo dell'aspo
3. Tipo di controllore usato.

io intendevo tutte quelle informazioni che sono arrivate poco a poco sino all'ultima relativa al PLC.

 

Non è questione di polemica, ma il dare tutte le informazioni subito, anche quelle che si ritengono inutili o superflue, evita fraintendimenti ed inutili giri a vuoto. In fin dei conti chi apre una discussione ha un problema da risolvere quindi è bene mettere a disposizione di chi può aiutarlo tutto il possibile. e un po' come non dare le informazioni al medico quando lo si consulta per un malessere.🙂